Pagsasaliksik at Paghahanda ng Pagtaas ng Temperatura sa 12kV Solid Insulated Ring Main Units

Ang solid insulated ring main unit (RMU) ay isang bagong kagamitan sa distribusyon na naglalaman ng panlabas na solido na encapsulation, insulate busbar, at compact combined unit technology. Ang mga switch at mataas na tensyon na live components nito ay lubos na nakaimbed na sa epoxy resin, na ginagamit bilang pangunahing insulation sa pagitan ng live parts at lupa, at sa pagitan ng mga phase. Bilang isang eco-friendly na alternative sa SF₆ gas-insulated equipment, ang 12kV solid insulated RMU ay nagbibigay ng mga benepisyo ngunit may mahinang heat dissipation characteristics.

Sa pinag-aaralan na 12kV solid insulated RMU, ang mga pangunahing conductive loops ay nakaimbed sa epoxy at silicone rubber materials. Habang ang disconnecting switch ay gumagamit ng air insulation, ito ay nakatira sa isang napakaliit na sealed space na may mahinang heat dissipation conditions. Ito ay nagpapataas ng panganib na lumampas sa temperature rise limits. Ang matagal na pagkakalantad sa mataas na temperatura ay maaaring magdulot ng deformation at thermal aging sa mga materyales ng kagamitan. Ang pagbabago na ito ay nagbabawasan ng insulation performance ng produkto, na nagreresulta sa pagbaba ng kabuuang kalidad at reliabilidad ng produkto. Sa mas malubhang kaso, ito ay maaaring mag-trigger ng electrical accidents, na nagdudulot ng pagkakalantad sa normal na operasyon.

Dahil sa kritikal na kahalagahan at inherent na kahirapan sa pagtugon sa isyu ng temperature rise, ito ay naging sentro ng matinding pag-aaral. Ang mga structural optimization ay patuloy na inilapat upang tangihan ang temperature rise margin, na siyang nagse-secure ng matagal na estableng operasyon ng produkto. Ang insulation ng solid insulated RMU ay unang-una gumagamit ng combination ng air at solid insulation. Ang isang prototype batay sa unang disenyo ay sumailalim sa temperature rise research testing. Ang mga key test point data ay ipinapakita sa Table 1.

Tulad ng ipinapakita sa Table 1, ang temperature rise testing sa prototype batay sa unang disenyo ay nagpakita ng malubhang lumampas sa limits sa parehong disconnecting knife pivots at tips. Upang tugunan ang isyung ito, ang mga pag-optimize ay nakatuon sa mga sumusunod na dalawang aspeto:

1. ​Magnetothermal Coupling Simulation (Using ANSOFT):​​ Gumanap ng magnetothermal coupling simulation upang i-optimize ang paraan ng contact ng conductor, ang hugis ng irregular na conductors, at ang conductive cross-sectional area. Ito ay nagbabawas ng internal heating sa pamamagitan ng minimization ng joule heat generation sa source.
2. ​Cabinet-Level Thermal Simulation (Using ICEPAK):​​ Gumawa ng cabinet-level thermal simulation upang makabuo ng epektibong heat dissipation pathways, tangihan ang heat dissipation coefficient ng mga conductors mismo, at epektibong ilabas ang generated heat. Ang approach na ito ay layunin na bawasan ang temperatura ng conductive loops sa pamamagitan ng dual approach ng blocking at dissipating heat.

​Magnetothermal Coupling Simulation​
Dahil ang applied current ay mas mababa kaysa 1000A, ang simulation na ito ay eksklusibong model ng joule heating na idinulot ng loop resistance sa conductive path. Ang simulated temperature distribution ay direktang nagpapakita ng epekto ng joule heating, na hindi kasama ang scenarios ng heat dissipation sa pamamagitan ng radiation o convection. Ito ay nagbibigay ng resulta na angkop para sa analisis ng impact ng structure ng conductor sa temperature distribution. Ang mga key product technical parameters ay ipinapakita sa Table 2.

​Simulation Results​
Ang Figure 1 ay nagpapakita ng magnetothermal coupling temperature distribution ng insulation module. Ang Figure 2 ay nagpapakita ng overall magnetothermal coupling temperature distribution ng internal conductive path. Ang magnetothermal coupling simulation gamit ang ANSOFT software ay nagpakita na ang pangunahing lugar ng mataas na heat generation ay ang tips ng disconnecting knives at ang contact points sa stationary contacts. Partikular na, ang B-phase disconnecting knife ay nagpakita ng mas mataas na temperatura. Kinakailangan ng structural optimization upang bawasan ang constriction resistance at homogenize ang conductive cross-sectional area.

​Cabinet-Level Thermal Simulation​
Ang cabinet-level thermal simulation gamit ang ICEPAK software ay nag-examine ng distribution at forms ng heat dissipation mula sa conductive paths pagkatapos ng pag-flow ng current, at ang impact ng enclosure sa heat transfer.

​Technical Requirements​
Ang temperature rise standard ay sumusunod sa GB/T 11022-2011 "Common specifications for high-voltage switchgear and controlgear standards." Ayon sa mga relevant na standards:

• Maximum temperature for touchable enclosures: 70°C (max. temp. rise 30 K above ambient).
• Maximum temperature for non-touchable enclosures: 80°C (max. temp. rise 40 K above ambient).
• Maximum conductor temperature: 115°C (max. temp. rise 75 K above ambient).
• Maximum contact temperature: 105°C (max. temp. rise 65 K above ambient).
  Para sa temperature rise tests, karaniwang ginagamit ang 1.1 times the rated current upang i-account ang solar radiation effects.

​Software Settings​
Initial Temperature: 20°C; Three-phase current phase angles: 0°, 120°, -120°.

​Simulation Results​
Ang cabinet-level thermal simulation results (Figure 4) ay nagpakita na dahil sa maliit na clearance sa pagitan ng top plate ng sealed enclosure at ang upper part ng insulation module, ang effective heat dissipation area sa upper part ng cabinet ay napakaliit. Dahil dito, ang heat ay nag-concentrate sa tuktok, na nagiging mahirap ilabas, na nagreresulta sa persistently high busbar temperature rise. Upang ibigay ang mas maraming heat dissipation space sa loob ng sealed cabinet, ang cabinet height ay itinaas at isang heat-dissipating coating ay inilapat sa inner surfaces nito.

​Temperature Rise Test After Structural Optimization​
Matapos ang simulation studies at initial temperature rise test findings, ang mga modification ay ginawa sa cabinet at ilang components. Isang subsequent temperature rise test ay isinagawa (refer to Table 4).

Tulad ng ipinapakita sa Table 4, ang temperature rise values para sa retested na prototype ay ngayon ay compliant sa requirements. Bukod dito, natamo ang design margin ng hindi bababa sa 8.5 K.

​Subsequent Optimization and Rectification​
Dahil sa kritikal na kahalagahan ng temperature rise at ang potensyal na mga resulta ng hindi compliance, kinakailangan pa rin ng karagdagang optimization upang mapataas ang performance ng prototype, kahit na matapos ma-meet ang standard. Ang layunin ay makamit ang controlled temperature rise margin sa pagitan ng 12 K at 15 K. Halimbawa, ang specific modifications sa insulation module ay kailangan ng testing (Original Table 5 was incomplete; logically incorporated). Ang simulation results ay nagmumungkahing ang pag-optimize ng structure ng main insulation module ay nagbibigay ng mas reasonable na internal heat dissipation pathway, na nagbibigay ng significant potential para sa further reduction ng overall internal conductive loop temperature rise. Ang potential na ito ay nangangailangan ng karagdagang experimental validation.

​Conclusion​
Ang combined design approach na gumagamit ng computer simulation technology at temperature rise testing ay nag-enable ng structural optimization ng solid insulated ring main unit. Ang optimized na produkto ay compliant sa temperature rise requirements na nasa GB/T 11022-2011 "Common specifications for high-voltage switchgear and controlgear standards" at nagtatamo ng significant safety margin.