Istraživanje i optimizacija porasta temperature u 12kV čvrsto izolovanim kružnim glavnim jedinicama
Čvrsto izolovana koloturna jedinica (RMU) je inovativna distributivna oprema koja integriše spoljnu čvrstu obliku, izolovane busbare i kompaktnu kombinovanu tehnologiju. Njeni prekidači i visokonaponski živi delovi su potpuno ugrađeni u epoksidnu smolu, koja služi kao primarna izolacija između živih delova i zemljišta, kao i između faza. Kao ekološka alternativa SF₆ gasno-izolovanoj opremi, 12kV čvrsto izolovana RMU nudi prednosti, ali ima loše karakteristike toplinskog odvoda.
U istraženoj 12kV čvrsto izolovanoj RMU, glavne vodilne petlje su zaključene u epoksidnu i silikonsku gumu. Dok prekidač koristi vazdušnu izolaciju, nalazi se unutar veoma ograničenog, zatvorenog prostora sa lošim uslovima toplinskog odvoda. To ga čini vrlo podložnim prekoračenju granica porasta temperature. Dugotrajno izlaganje visokim temperaturama može dovesti do deformacije materijala izrada opreme i termičkog starenja. Ova degradacija smanjuje izolacione performanse proizvoda, što dovodi do opadanja ukupne kvalitete i pouzdanosti proizvoda. U težim slučajevima, to može pokrenuti električne nesreće, prekidajući normalnu operaciju.
Zbog ključne važnosti i prirodnih teškoća rešavanja problema porasta temperature, postao je fokus intenzivnog istraživanja. Strukturne optimizacije su kontinualno implementirane kako bi se povećao margina porasta temperature, osiguravajući dugoročnu stabilnu operaciju proizvoda. Izolacija čvrsto izolovane RMU uglavnom koristi kombinaciju vazdušne i čvrste izolacije. Prototip baziran na početnom dizajnu prošao je testiranje rastuće temperature. Ključni podaci o tačkama merenja prikazani su u Tabeli 1.
|
Br. |
Lokacija tačke merenja |
Standard (K) |
Ravnotežna temperatura (°C) |
Porast temperature (K) |
Margina od standarda (K) |
Napomena |
|
1 |
Osovina prekidača faze A |
65.0 |
86.1 |
73.0 |
-8.0 |
Prekoračena |
|
2 |
Vrh prekidača faze A |
65.0 |
78.2 |
65.1 |
-1.1 |
Prekoračena |
|
3 |
Osovina prekidača faze B |
65.0 |
86.4 |
73.3 |
-8.3 |
Prekoračena |
|
4 |
Vrh prekidača faze B |
65.0 |
88.0 |
74.9 |
-9.9 |
Prekoračena |
|
5 |
Osovina prekidača faze C |
65.0 |
80.6 |
67.5 |
-2.5 |
Prekoračena |
|
6 |
Vrh prekidača faze C |
65.0 |
81.6 |
68.5 |
-3.5 |
Prekoračena |
Kao što pokazuje Tabela 1, testiranje porasta temperature prototipa baziranog na početnom dizajnu je otkrilo ozbiljna prekoračenja granica na osovinama i vrhovima prekidača. Da bi se rešio ovaj problem, optmizacijski naporovi su se fokusirali na sledeće dve aspekte:
- Magnetotermalna simulacija (koristeći ANSOFT): Izvršiti magnetotermalnu simulaciju kako bi se optimizirale metode kontaktiranja vodilja, oblik nepravilnih vodilja i površina poprečnog presjeka. To smanjuje unutrašnje zagrijavanje smanjujući generisanje jouleove toplote na izvoru.
- Termalna simulacija na nivou škraćice (koristeći ICEPAK): Izvršiti termalnu simulaciju na nivou škraćice kako bi se utvrdile efektivne putanje toplinskog odvoda, povećali koeficijent toplinskog odvoda samih vodilja i efikasno disipirala generisana toplina. Ovaj pristup ima za cilj sniženje temperature vodilnih petlji kroz dualni pristup blokiranja i disipiranja topline.
Magnetotermalna simulacija
Pošto je primenjana struja bila manja od 1000A, ova simulacija je samo modelirala jouleovu toplu generisanu otporom vodilja u vodilnoj putanji. Simulirana raspodela temperature direktno reflektuje efekte jouleove toplote, isključujući scenarije koji uključuju disipaciju toplote kroz radijaciju ili konvekciju. To čini rezultate pogodnim za analizu uticaja strukture vodilja na raspodelu temperature. Ključni tehnički parametri proizvoda prikazani su u Tabeli 2.
