Navorsing en Optimering van Temperatuurstyg in 12kV Vaste Geïsoleerde Ringhoofopties

Die soliede geïsoleerde ringhoofeenheid (RMU) is 'n nuwe verspreidingsapparaat wat buitegeleë soliede omsluiting, geïsoleerde busbal, en kompakte gekombineerde eenheidstegnologie integreer. Sy skakelaars en hoëspannings lewende komponente is volledig in epoxyhars ingesluit, wat as die primêre isolasie tussen lewende dele en grond, en tussen fases, dien. As 'n omgewingsvriendelike alternatief vir SF₆ gasgeïsoleerde toerusting bied die 12kV soliede geïsoleerde RMU voordele, maar het inherent swak warmte-afgifte kenmerke.

In die bestudeerde 12kV soliede geïsoleerde RMU is die hoof geleidende lusse in epoxy en silikonrubber materiaal ingesluit. Terwyl die afsluitingsskakelaar lugisolering gebruik, bevind dit hom binne 'n uiterst beperkte, geslote ruimte met swak warmte-afgifte toestande. Dit maak dit baie vatbaar om temperatuurverhogingslimiete te oorskry. Langdurige blootstelling aan hoë temperature kan die vervaardigingsmateriaal van die toerusting laat vervorm en ondergaan termodadiging. Hierdie degradasie verlaag die isolasievermoë van die produk, wat lei tot 'n afname in die algehele produk kwaliteit en betroubaarheid. In ernstige gevalle kan dit elektriese ongelukke veroorsaak, wat normale operasie versteur.

Gegewe die kritieke belangrikheid en inherente moeilikheid van die temperatuurverhogingsprobleem, het dit die fokus van intensiewe navorsing geword. Strukturele optimalisasies is voortdurend toegepas om die temperatuurverhogingsmarg te verhoog, en sodoende die langtermyn stabiele operasie van die produk te verseker. Die isolasie van die soliede geïsoleerde RMU gebruik hoofsaaklik 'n kombinasie van lug- en soliede isolasie. 'n Prototipe gebaseer op die aanvanklike ontwerp het temperatuurverhogingsnavorsingstoetse ondergaan. Klikspuntdata word in Tabel 1 getoon.

Soos in Tabel 1 aangedui, het temperatuurverhogingstoetsing op die prototipe gebaseer op die aanvanklike ontwerp ernstige oorskrydings van limiete by beide die afsluitingmes spil en punte getoon. Om hierdie probleem op te los, het optimalisering-inspanning gefokus op die volgende twee aspekte:

1. ​Magnetothermiese Kopplingsimulasie (Met ANSOFT):​​ Voer magnetothermiese kopplingsimulasie uit om geleiderkontakmetodes, die vorm van onreëlmatige geleiders, en die geleidende kruisvlakarea te optimaliseer. Dit verminder interne warmteopwekking deur joulewarmte-opwekking aan die bronnivaa te minimeer.
2. ​Kabinetvlak Thermiese Simulasie (Met ICEPAK):​​ Voer kabinetvlak thermiese simulasie uit om effektiewe warmte-afgifte roetes te vestig, die warmte-afgifte koëffisiënt van die geleiders self te verhoog, en die gegenereerde warmte doeltreffend af te gee. Hierdie benadering poog om die temperatuur van die geleidende lusse deur 'n dubbele benadering van blokkering en warmte-afgifte te verlaag.

​Magnetothermiese Kopplingsimulasie​
Aangesien die toegepaste stroom minder as 1000A was, het hierdie simulasie slegs die joule-verwarming gegenereer deur die loopweerstand in die geleidende pad gemodelleer. Die gesimuleerde temperatuurverspreiding weerspieël direk joule-verwarming-effekte, sonder scenario's wat straling of konveksie insluit. Dit maak die resultate geskik vir die analise van die impak van geleiderstruktuur op temperatuurverspreiding. Belangrike produk tegniese parameters word in Tabel 2 gelys.

​Simulasie Resultate​
Figuur 1 wys die magnetothermiese kopplings temperatuurverspreiding van die isolasie module. Figuur 2 wys die algehele magnetothermiese kopplings temperatuurverspreiding van die interne geleidende pad. Magnetothermiese kopplingsimulasie met ANSOFT sagteware het onthul dat die primêre plekke van verhoogde warmte-opwekking die punte van die afsluitingmesse en die kontakplekke met die statiese kontakte was. Die B-fase afsluitingmes, veral, het konsistente hoër temperature vertoon. Strukturele optimalisering is nodig om verknopingweerstand te verminder en die geleidende kruisvlakarea te vereffenig.

​Kabinetvlak Thermiese Simulasie​
Kabinetvlak thermiese simulasie met ICEPAK sagteware het die verspreiding en vorme van warmte-afgifte van die geleidende pade na stroomtoevoer, sowel as die impak van die behuising op warmtetransfer ondersoek.

​Tegniese Vereistes​
Die temperatuurverhoging standaard volg GB/T 11022-2011 "Algemene spesifikasies vir hoëspannings skakel- en reguleringsapparatuur." Soos deur die relevante standaarde gestipuleer:

• Maksimum temperatuur vir aanraakbare behuisinge: 70°C (maks. temperatuurverhoging 30 K bo ambients).
• Maksimum temperatuur vir nie-aanraakbare behuisinge: 80°C (maks. temperatuurverhoging 40 K bo ambients).
• Maksimum geleider temperatuur: 115°C (maks. temperatuurverhoging 75 K bo ambients).
• Maksimum kontak temperatuur: 105°C (maks. temperatuurverhoging 65 K bo ambients).
  Vir temperatuurverhogingstoetse, word 'n toetstroom van 1.1 keer die gestelde stroom tipies gebruik om rekening te hou met sonstraal effekte.

​Sagteware Instellings​
Aanvanklike Temperatuur: 20°C; Driefase stroom fasehoeke: 0°, 120°, -120°.

​Simulasie Resultate​
Die kabinetvlak thermiese simulasieresultate (Figuur 4) het getoon dat, as gevolg van die klein klaring tussen die topplaat van die geslote behuising en die bo-omtrek van die isolasie module, die effektiewe warmte-afgifte area op die bo-omtrek van die kabinet baie beperk is. Gevolglik konsentreer warmte boaan, wat dit moeilik maak om dit af te gee, wat lei tot 'n persistente hoë busbal temperatuurverhoging. Om meer warmte-afgifte ruimte binne die geslote kabinet te verskaf, is die kabinet hoogte verhoog en 'n warmte-afgifte bedekking op sy binnekant toegepas.

​Temperatuurverhogingstoets na Strukturele Optimalisering​
Na die simulasie studies en aanvanklike temperatuurverhogingstoetsresultate, is wyzigings aan die kabinet en sekere komponente gedoen. 'n Volgende temperatuurverhogingstoets is gedoen (verwys na Tabel 4).

Soos in Tabel 4 aangedui, is die temperatuurverhogingswaardes vir die hergeteste prototipe nou voldoende. Verder is 'n ontwerpmarg van ten minste 8.5 K bereik.

​Vervolgende Optimalisering en Regstellings​
Gegewe die kritieke belangrikheid van temperatuurverhoging en die potensiële gevolge van nie-voldoening, is verdere optimalisering nodig om die prestasie van die prototipe te verbeter, selfs nadat die standaard bereik is. Die doel is om 'n beheerde temperatuurverhogingsmarg tussen 12 K en 15 K te bereik. Byvoorbeeld, spesifieke wyzigings aan die isolasie module vereis toetsing (Oorspronklike Tabel 5 was onvolledig; logies ingesluit). Simulasieresultate dui daarop dat die optimalisering van die struktuur van die hoof isolasie module 'n meer redelike interne warmte-afgifte roete skep, wat groot potensiaal bied om die algehele interne geleidende lus temperatuurverhoging verder te verminder. Hierdie potensiaal vereis verdere eksperimentele validasie.

​Gevolgtrekking​
'n Gekombineerde ontwerpbenadering wat gebruik maak van rekenaar simulasietegnologie en temperatuurverhogingstoetsing, het die strukturele optimalisering van die soliede geïsoleerde ringhoofeenheid moontlik gemaak. Die geoptimaliseerde produk voldoen aan die temperatuurverhogingsvereistes soos gestipuleer in GB/T 11022-2011 "Algemene spesifikasies vir hoëspannings skakel- en reguleringsapparatuur" en bereik 'n beduidende veiligheidsmarg.