تحقیق و بهینه‌سازی افزایش دما در واحدهای حلقه‌ای عایق جامد ۱۲کیلوولت
واحد پخشی حلقه‌ای با عایق جامد (RMU) یک تجهیز توزیع نوین است که فناوری‌های عایق بندی خارجی جامد، اتوبوس عایق و واحد ترکیبی فشرده را در خود ترکیب می‌کند. سوئیچ‌ها و اجزای زنده بالقوه آن به طور کامل در رزین اپوکسی قرار داده شده‌اند که به عنوان عایق اصلی بین اجزای زنده و زمین و بین فازها عمل می‌کند. به عنوان جایگزینی محیط زیستی برای تجهیزات عایق بندی شده با گاز SF₆، RMU با عایق جامد ۱۲kV مزایایی دارد اما به طور ذاتی مشکلات تản حرارتی دارد.
در RMU با عایق جامد ۱۲kV مورد مطالعه، حلقه‌های هادی اصلی در رزین اپوکسی و لاستیک سیلیکون قرار داده شده‌اند. در حالی که سوئیچ جداکننده از عایق بندی هوا استفاده می‌کند، در فضای بسیار محدود و مسدود شده‌ای قرار دارد که شرایط تản حرارتی ضعیفی دارد. این موضوع آن را به شدت مستعد فراتر رفتن از حدود افزایش دما می‌کند. مواجهه طولانی با دمای بالا می‌تواند مواد ساخت تجهیز را تحریک کند و باعث سنگین شدن حرارتی آن شود. این تخریب عملکرد عایق بندی محصول را کاهش می‌دهد و منجر به کاهش کیفیت و قابلیت اطمینان کلی محصول می‌شود. در شرایط شدید، می‌تواند حوادث الکتریکی را ایجاد کند و عملکرد معمولی را مختل کند.
با توجه به اهمیت حیاتی و دشواری حل مشکل افزایش دما، این موضوع مرکز تحقیقات شدید شد. به طور مداوم بهینه‌سازی‌های ساختاری انجام شد تا حاشیه افزایش دما افزایش یابد و عملکرد پایدار بلندمدت محصول تضمین شود. عایق بندی RMU با عایق جامد از ترکیب عایق بندی هوا و جامد استفاده می‌کند. یک پروتوتایپ بر اساس طراحی اولیه تحت آزمون تحقیقاتی افزایش دما قرار گرفت. داده‌های کلیدی نقاط آزمون در جدول ۱ نشان داده شده است.
|
شماره |
مکان نقطه اندازه‌گیری |
استاندارد (K) |
دمای تعادل (°C) |
افزایش دما (K) |
حاشیه از استاندارد (K) |
یادداشت |
|
۱ |
محور سوئیچ جداکننده فاز A |
۶۵.۰ |
۸۶.۱ |
۷۳.۰ |
-۸.۰ |
تجاوز |
|
۲ |
نوک سوئیچ جداکننده فاز A |
۶۵.۰ |
۷۸.۲ |
۶۵.۱ |
-۱.۱ |
تجاوز |
|
۳ |
محور سوئیچ جداکننده فاز B |
۶۵.۰ |
۸۶.۴ |
۷۳.۳ |
-۸.۳ |
تجاوز |
|
۴ |
نوک سوئیچ جداکننده فاز B |
۶۵.۰ |
۸۸.۰ |
۷۴.۹ |
-۹.۹ |
تجاوز |
|
۵ |
محور سوئیچ جداکننده فاز C |
۶۵.۰ |
۸۰.۶ |
۶۷.۵ |
-۲.۵ |
تجاوز |
|
۶ |
نوک سوئیچ جداکننده فاز C |
۶۵.۰ |
۸۱.۶ |
۶۸.۵ |
-۳.۵ |
تجاوز |
مانند آنچه در جدول ۱ نشان داده شده است، آزمون افزایش دما روی پروتوتایپ بر اساس طراحی اولیه نشان داد که محدوده‌های مجاز را در هر دو نقطه محور و نوک سوئیچ جداکننده فراتر رفت. برای حل این مشکل، تلاش‌های بهینه‌سازی بر روی دو جنبه زیر متمرکز شد:
- شبیه‌سازی جفت مغناطیسی-حرارتی (با استفاده از ANSOFT): شبیه‌سازی جفت مغناطیسی-حرارتی برای بهینه‌سازی روش‌های تماس هادی، شکل هادی‌های نامنظم و مساحت مقطع هادی. این کار با کاهش گرمای جولی در منبع، گرمای داخلی را کاهش می‌دهد.
- شبیه‌سازی حرارتی سطح کابین (با استفاده از ICEPAK): انجام شبیه‌سازی حرارتی سطح کابین برای ایجاد مسیرهای تản حرارتی مؤثر، افزایش ضریب تản حرارت هادی‌ها و تản حرارت موثر. این رویکرد با دو رویکرد مسدود کردن و تản حرارت، هدف کاهش دمای حلقه‌های هادی است.
شبیه‌سازی جفت مغناطیسی-حرارتی
از آنجا که جریان اعمال شده کمتر از ۱۰۰۰A بود، این شبیه‌سازی تنها گرمای جولی تولید شده توسط مقاومت حلقه در مسیر هادی را مدل‌سازی کرد. توزیع دما شبیه‌سازی شده به طور مستقیم اثرات گرمای جولی را نشان می‌دهد و از سناریوهای تản حرارت از طریق تشعشع یا تابش استفاده نمی‌کند. این نتایج برای تحلیل تأثیر ساختار هادی بر توزیع دما مناسب است. پارامترهای فنی کلیدی محصول در جدول ۲ نشان داده شده است.
|
شماره |
نام پارامتر |
مقدار |
|
۱ |
ولتاژ اسمی (kV) |
۱۲ |
|
۲ |
جریان اسمی (A) |
۷۰۰ |
|
۳ |
مقاومت حلقه فاز A (μΩ) |
۱۹۰ (افتراضی) |
|
۴ |
مقاومت حلقه فاز B (μΩ) |
۱۹۰ (افتراضی) |
|
۵ |
مقاومت حلقه فاز C (μΩ) |
۱۹۰ (افتراضی) |
نتایج شبیه‌سازی
شکل ۱ توزیع دمای جفت مغناطیسی-حرارتی ماژول عایق را نشان می‌دهد. شکل ۲ توزیع کلی دمای جفت مغناطیسی-حرارتی مسیر هادی داخلی را نشان می‌دهد. شبیه‌سازی جفت مغناطیسی-حرارتی با استفاده از نرم‌افزار ANSOFT نشان داد که محل‌های اصلی تولید گرمای بالا نوک‌های سوئیچ جداکننده و نقاط تماس با تماس‌های ثابت هستند. به ویژه سوئیچ جداکننده فاز B دمای به طور مداوم بالاتری داشت. بهینه‌سازی ساختاری برای کاهش مقاومت انقباض و همگن‌سازی مساحت مقطع هادی لازم است.
شبیه‌سازی حرارتی سطح کابین
شبیه‌سازی حرارتی سطح کابین با استفاده از نرم‌افزار ICEPAK توزیع و شکل‌های تản حرارت از مسیر هادی پس از جریان جریان و تأثیر پوشش بر انتقال حرارت را بررسی کرد.
نیازهای فنی
استاندارد افزایش دما از GB/T 11022-2011 "مشخصات مشترک استانداردهای تجهیزات بالقوه بالا و کنترلگر" پیروی می‌کند. مطابق با استانداردهای مربوطه:
- دمای حداکثر برای پوشش‌های قابل لمس: ۷۰°C (افزایش دمای حداکثر ۳۰ K بالاتر از محیط).
- دمای حداکثر برای پوشش‌های غیرقابل لمس: ۸۰°C (افزایش دمای حداکثر ۴۰ K بالاتر از محیط).
- 08/15/2025
