Penyelidikan dan Poptimalan Peningkatan Suhu dalam Unit Utama Berongga Terisolasi Padat 12kV

Unit ring main peinsulatan (RMU) yang terisolasi padat adalah peralatan pengagihan yang baru yang mengintegrasikan pengekapsulan padat luaran, busbar terisolasi, dan teknologi unit kombinasi padat. Peraliannya dan komponen hidupan tinggi voltan sepenuhnya tertanam dalam resin epoksi, yang bertindak sebagai insulasi utama antara bahagian hidup dan tanah, serta antara fasa. Sebagai alternatif mesra alam kepada peralatan yang diinsulasi dengan gas SF₆, RMU 12kV yang terisolasi padat menawarkan kelebihan tetapi secara semula jadi mempunyai ciri-ciri penyejukan yang lemah.

Dalam RMU 12kV yang terisolasi padat yang dikaji, gelung konduktif utama ditutup dalam bahan epoxy dan silikon. Sementara itu, sakelar pemisah menggunakan insulasi udara, ia berada dalam ruang tertutup yang sangat sempit dengan keadaan penyejukan yang buruk. Ini menjadikannya sangat mudah melebihi had peningkatan suhu. Paparan yang lama pada suhu tinggi boleh menyebabkan bahan pembuatan peralatan menjadi bengkok dan mengalami penuaan termal. Penurunan prestasi isolasi produk ini akhirnya mengakibatkan penurunan kualiti dan kebolehpercayaan produk secara keseluruhan. Dalam kes yang teruk, ia boleh memicu kemalangan elektrik, mengganggu operasi normal.

Mengingat kepentingan kritikal dan kesukaran intrinsik untuk menangani isu peningkatan suhu, ia menjadi fokus penyelidikan yang intensif. Optimisasi struktur diteruskan untuk meningkatkan margin peningkatan suhu, memastikan operasi stabil jangka panjang produk. Insulasi RMU yang terisolasi padat sebahagian besarnya menggunakan kombinasi insulasi udara dan padat. Prototaip berdasarkan reka bentuk asal telah menjalani ujian penyelidikan peningkatan suhu. Data titik ujian penting ditunjukkan dalam Jadual 1.

Seperti yang ditunjukkan dalam Jadual 1, ujian peningkatan suhu prototaip berdasarkan reka bentuk asal menunjukkan pelanggaran had yang serius pada kedua-dua pivot dan hujung pisau pemisah. Untuk menyelesaikan masalah ini, usaha optimisasi difokuskan pada dua aspek berikut:

1. ​Simulasi Kupling Magnetotermal (Menggunakan ANSOFT):​​ Lakukan simulasi kupling magnetotermal untuk mengoptimumkan kaedah kontak konduktor, bentuk konduktor tidak sekata, dan luas keratan rentas konduktif. Ini mengurangkan pemanasan dalaman dengan mengurangkan janaan haba joule pada sumbernya.
2. ​Simulasi Termal Peringkat Kabinet (Menggunakan ICEPAK):​​ Lakukan simulasi termal peringkat kabinet untuk menetapkan laluan penyejukan yang berkesan, meningkatkan pekali penyejukan konduktor sendiri, dan menghasilkan haba yang dihasilkan dengan berkesan. Pendekatan ini bertujuan untuk menurunkan suhu gelung konduktif melalui pendekatan ganda blok dan penyejukan.

​Simulasi Kupling Magnetotermal​
Oleh kerana arus yang digunakan kurang daripada 1000A, simulasi ini hanya memodelkan pemanasan joule yang dihasilkan oleh rintangan gelung dalam laluan konduktif. Taburan suhu yang disimulasikan secara langsung mencerminkan kesan pemanasan joule, mengasingkan skenario yang melibatkan penyejukan melalui radiasi atau konveksi. Ini membuat hasil tersebut sesuai untuk menganalisis impak struktur konduktor terhadap taburan suhu. Parameter teknikal utama produk disenaraikan dalam Jadual 2.

​Keputusan Simulasi​
Gambarajah 1 menunjukkan taburan suhu kupling magnetotermal modul insulasi. Gambarajah 2 menunjukkan taburan suhu kupling magnetotermal keseluruhan laluan konduktif dalaman. Simulasi kupling magnetotermal menggunakan perisian ANSOFT menunjukkan bahawa lokasi utama penerbitan haba yang tinggi adalah hujung pisau pemisah dan titik-titik kontak dengan kontak stasioner. Terutamanya, pisau pemisah fasa B menunjukkan suhu yang lebih tinggi secara konsisten. Optimum struktur diperlukan untuk mengurangkan rintangan pengekangan dan menghomogenkan luas keratan rentas konduktif.

​Simulasi Termal Peringkat Kabinet​
Simulasi termal peringkat kabinet menggunakan perisian ICEPAK mengkaji taburan dan bentuk penyejukan laluan konduktif selepas aliran arus, serta kesan enklosur terhadap pemindahan haba.

​Keperluan Teknikal​
Standard peningkatan suhu mengikuti GB/T 11022-2011 "Spesifikasi umum untuk standard peralatan pengagihan voltan tinggi dan peralatan kawalan." Seperti yang ditetapkan oleh standard berkaitan:

• Suhu maksimum untuk enklosur yang boleh disentuh: 70°C (peningkatan suhu maksimum 30 K di atas ambien).
• Suhu maksimum untuk enklosur yang tidak boleh disentuh: 80°C (peningkatan suhu maksimum 40 K di atas ambien).
• Suhu konduktor maksimum: 115°C (peningkatan suhu maksimum 75 K di atas ambien).
• Suhu kontak maksimum: 105°C (peningkatan suhu maksimum 65 K di atas ambien).
  Untuk ujian peningkatan suhu, arus ujian biasanya 1.1 kali arus terkini untuk mengambil kira kesan radiasi matahari.

​Tetapan Perisian​
Suhu Awal: 20°C; Sudut fasa arus tiga fasa: 0°, 120°, -120°.

​Keputusan Simulasi​
Keputusan simulasi termal peringkat kabinet (Gambarajah 4) menunjukkan bahawa kerana jarak kecil antara plat atas enklosur tertutup dan bahagian atas modul insulasi, kawasan penyejukan berkesan pada bahagian atas kabinet sangat terhad. Akibatnya, haba berkumpul di bahagian atas, sukar untuk disejukkan, mengakibatkan peningkatan suhu busbar yang tinggi. Untuk memberikan lebih banyak ruang penyejukan di dalam enklosur tertutup, ketinggian kabinet ditingkatkan dan lapisan penyejukan diterapkan pada permukaan dalaman kabinet.

​Ujian Peningkatan Suhu Selepas Optimum Struktur​
Selepas kajian simulasi dan dapatan ujian peningkatan suhu awal, modifikasi dibuat pada kabinet dan beberapa komponen. Ujian peningkatan suhu seterusnya dijalankan (merujuk kepada Jadual 4).

Seperti yang ditunjukkan dalam Jadual 4, nilai peningkatan suhu prototaip yang diuji semula kini sesuai dengan keperluan. Selain itu, margin reka bentuk sekurang-kurangnya 8.5 K telah dicapai.

​Optimum dan Pembetulan Berikutnya​
Mengingat kepentingan kritikal peningkatan suhu dan potensi akibat tidak sesuai, optimum lanjutan diperlukan untuk meningkatkan prestasi prototaip, walaupun selepas memenuhi standard. Tujuannya adalah untuk mencapai margin peningkatan suhu yang dikawal antara 12 K hingga 15 K. Contohnya, ubahan spesifik pada modul insulasi memerlukan ujian (Jadual Asal 5 tidak lengkap; logik dimasukkan). Hasil simulasi mencadangkan bahawa pengoptimuman struktur modul insulasi utama mencipta laluan penyejukan dalaman yang lebih munasabah, menawarkan potensi yang signifikan untuk lebih mengurangkan peningkatan suhu gelung konduktif dalaman. Potensi ini memerlukan pengesahan eksperimental lebih lanjut.

​Kesimpulan​
Pendekatan reka bentuk gabungan yang menggunakan teknologi simulasi komputer dan ujian peningkatan suhu memungkinkan optimum struktur unit ring main peinsulatan yang terisolasi padat. Produk yang dioptimumkan mematuhi keperluan peningkatan suhu yang ditetapkan dalam GB/T 11022-2011 "Spesifikasi umum untuk standard peralatan pengagihan voltan tinggi dan peralatan kawalan" dan mencapai margin keselamatan yang signifikan.