基于晴天太阳辐射模型的电力户外机柜热估算与仿真

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1、第37卷第9期华电技术V01．37No．92015年9月HuadianTechnologySep．2015基于晴天太阳辐射模型的电力户外机柜热估算与仿真俞春林，童星星(南京国电南自电网分公司，南京210003)摘要：随着智能变电站建设的进一步发展，大量的智能设备就地安装于户外机柜内。由于户外机柜的防护等级要求较高，其内部空间相对密闭，内部环境温度易受内部设备热耗及外部太阳辐射的影响。通过对南京某地区晴天太阳辐射模型的研究，计算户外机柜太阳辐射得热量，并据此结果结合ICEPAK软件的仿真，设计合理的通风散热方式，为柜内智能设备可靠运行提供保障。关键词：户外机柜；热设计；太阳辐照；隔热；ICE

2、PAK软件；热耗计算中图分类号：TM203文献标志码：B文章编号：1674—1951(2015)09—0072—03。引言L1(。地球赤道平面与太阳和地目前，我国智能电网建设进一步深化，国家电网球中心的连线之间的夹角，其计算公式为要求的“一次设备智能化”进程中要求将光电互感=23．45sin[360。×(284+n)÷365]，(1)器、变压器、电抗器、断路器及高压开关等宿主设备式中：n为积Ft，日期在年内的顺序号，例如1月1智能化，包括合并单元、智能终端、保护及测控装置日其积日为1，平年12月31日的积日为365，闰年等设备在内的智能组件需安装于宿主设备旁，承担则为366。与宿主设备相关

3、的测量、控制和监测等功能。这就(2)太阳时角∞。对于特定纬度y的观测点，要求设计一种能为上述智能组件提供可靠运行环境反映了从Ft出到Et落时分太阳的天顶角在1d中的的新型智能户外机柜。变化。24小时变化360。，每小时l5。。设计新型户外机柜时，除了要考虑规定功能、防(3)太阳高度角。对于地球上的某个地点，太护等级等要求外，还要考虑热设计需求。在户外环阳高度角是指太阳光的入射方向和地平面之间的夹境中，机柜不仅要导出内部设备散发的热量，同时还角，其计算公式为要有效隔阻太阳辐射。影响机柜的辐射主要来自于sinOd=sin6sinT+cos8COSCOStO。(2)太阳直射辐射、大气长波辐射、地

4、面发射辐射及长波(4)太阳方位角。太阳方位角即太阳所在的辐射。夏季，安装在低纬度地区的户外机柜的太阳方位，指太阳光线在地平面上的投影与当地子午线辐射得热量主要来自于太阳直射辐射，占95％以的夹角，其计算公式为上，故在估算过程中可忽略其他辐射方式的影响。sin=sintocos6／cos。(3)国内外已有不少太阳辐射理论模型的研究，提出了(5)柜面太阳方位角。其计算公式为晴天太阳辐射模型、半正弦模型、时间序列逐时模型s=Ot—A，(4)等。结合国内外研究现状，本文以晴天太阳辐射模本例模拟最严酷的太阳辐射情况，设柜面朝南，型为基础开展相关估算。A=0。(6)太阳入射角i。太阳入射角是太阳直射光

5、1建立数学模型估算机柜辐射得热量线与壁面法线之问和夹角，其计算公式为模拟外形规格为2000mm×800mm×800mm1308i=COS0sinh+sinCOShCOS，(5)的机柜在户外接受阳光照射，通过计算预估出在特式中：0为入射光线与柜面的夹角；h为入射光线在定纬度条件下，1年当中机柜表面接受太阳辐照水平面的投影与柜面的夹角。强度的最大值。1．2晴天太阳辐射模型通过建立太阳辐射的数学模型，推导出太阳辐收稿日期：2015—04—14；修回日期：2015—08一l0射计算公式。第9期俞春林，等：基于晴天太阳辐射模型的电力户外机柜热估算与仿真·73·大气层外的太阳辐射为处纬度这3个变量相关

6、，假设已知测量日期及地理位置，即可简化得出P与之间的函数表达式。GGsc[1+o．cos()]，(6)1．3实例估算式中：太阳常数G。=1367W／m。8月1日，晴，在南京某地户外机柜所受总辐射大气层外切平面上瞬时太阳辐射为P与太阳时角tO关系如图2所示。Go=G。COS。(7)晴朗天气太阳直射透过比为b==o0。0+a1expfI一上——1J，(L8)Lr0、COS，式中：Gb为地面太阳辐照度，a0=r0a0；01=r1a1；k=rkk。r0，r。，rk为修正因子，根据气候类型由经验确定，a0=0．4237—0．00821(5一h1)，(9)太阳时~to／radal=0．5055+0．0

7、0595(6．5一h1)，(10)图2总辐射与太阳时角关系曲线k=0．2711+0．01858(2．5一h】)，(11)可以看出，当∞=0．55rad，即14：o0左右时，式中：h为海拔高度，km。P=1163．6W为最大值，将∞，n，代人式(13)、式根据式(8)可得出G=7bG。，并计算矢量G。(14)、式(15)可得出机柜接受日照的3个面上的辐放置在地面坐标系中东方、南方及上方3个方向到照度分别为G=187．8W／