12kV kiinteästi eristettyjen rengasmaisyksiköiden lämpötilan nousun tutkimus ja optimointi

Sankaisen eristetty rengasmaunu (RMU) on uusi jakeluvaruste, joka yhdistää ulkopuolisen sivun tiivisti peitetyt komponentit, eristetyt virtajohdot ja tiiviksi yhdistetyt yksiköt. Sen kytkimet ja korkean jännitteen virran komponentit on kokonaan upotettu epoksiharjalle, joka toimii pääeristeinä maan ja vaiheiden välillä. SF₆-kaasulla eristetyn varusteen ympäristöystävällisenä vaihtoehtona 12 kV:n sankaisen eristetyn RMUn tarjoaa etuja, mutta sen lämmönvedyksen ominaisuudet ovat huonot.

Tutkitussa 12 kV:n sankaisessa eristetyssä RMU:ssa päävirtajohdot on upotettu epoksi- ja silikoniruumin materiaaleihin. Vaikka eristyskytkin käyttää ilmaeristystä, se sijaitsee äärimmäisen rajoitetussa, suljetussa tilassa, jossa lämmönvedyksen olosuhteet ovat huonot. Tämä tekee siitä erittäin alttiin lämpötilan nousun ylitykselle. Pidempi altistuminen korkealle lämpötilalle voi aiheuttaa varusteen valmistusmateriaalien muodonmuutoksen ja lämpöikääntymisen. Tämä heikentää tuotteen eristysominaisuuksia, mikä johtaa laadun ja luotettavuuden laskuun. Pahimmillaan tämä voi aiheuttaa sähkötapauksia, jotka häiritsevät normaalia toimintaa.

Lämpötilan nousun ongelman ratkaiseminen on olennaisen tärkeää ja haastavaa, joten siihen keskittyi intensiivisiä tutkimuksia. Rakenteellisia optimointeja toteutettiin jatkuvasti, jotta lämpötilan nousumarginaali kasvaisi ja tuote voisi toimia pitkäksi aikaa vakauttaen. Sankaisen eristetyn RMUn eristyksessä käytetään pääasiassa ilma- ja sankainen eristys. Alkuperäiseen suunnitteluun perustuva prototyyppi käytiin läpi lämpötilan nousun tutkimusta varten. Tärkeät mittauspisteiden tiedot esitetään taulukossa 1.

Taulukko 1 osoittaa, että alkuperäiseen suunnitteluun perustuva prototyyppi ylitti lämpötilan nousurajat sekä eristyskytkimien pivottien että kärkien osalta. Tämän ongelman ratkaisemiseksi optimointiponnistelut keskittyivät seuraaviin kahteen näkökulmaan:

1. ​Magneettitermisen kytkennän simulaatio (ANSOFT-sovelluksella):​​ Suorita magneettiterminen kytkennän simulaatio optimoaksesi johtojen yhteyksien menetelmät, epäsäännöllisten johtojen muodot ja johtavan poikkileikkausalan. Tämä vähentää sisäistä lämmöntuotantoa pienentämällä joulen lämpötehojen alkuperäistä lähdettä.
2. ​Kabinetin tason lämpösimulaatio (ICEPAK-sovelluksella):​​ Suorita kabinetin tason lämpösimulaatio määrittääksesi tehokkaat lämpövedyn polut, lisätäksesi itse johtojen lämpövedyn kerrointa ja tehokkaasti levittääksesi tuotettua lämpöä. Tämä lähestymistapa pyrkii alentamaan johtavien silmukoitten lämpötilaa kaksiosaisella lähestymistavalla, joka estää ja levittää lämpöä.

​Magneettiterminen kytkennän simulaatio​
Koska sovellettu virta oli alle 1000 A, tämä simulaatio mallitsi vain joulen lämpötehon, joka syntyi johtopolun vastuista. Simuloitu lämpötilajakauma kuvaa suoraan joulen lämpötehon vaikutusta, jättäen pois säteily- tai konvektion lämpövedyn tapaukset. Tämä tekee tuloksista sopivia analysoimaan johtojen rakenteen vaikutusta lämpötilajakaumaan. Tärkeät tuotteen tekniset parametrit on listattu taulukossa 2.

​Simulointitulokset​
Kuva 1 näyttää eristysmoduulin magneettitermisen lämpötilajakauman. Kuva 2 näyttää sisäisen johtopolun kokonaisen magneettitermisen lämpötilajakauman. ANSOFT-ohjelmistolla suoritettu magneettiterminen kytkennän simulaatio paljasti, että pääasialliset lämpöntuotantopaikat olivat eristyskytkimien kärjet ja niiden yhteydet kiinteisiin yhteyksiin. B-faasin eristyskytkin erityisesti osoitti jatkuvasti korkeampia lämpötiloja. Rakenteellista optimointia tarvitaan vähentääks