Vergelijkende studie van de simulatie van de temperatuurstijging in de hoofdeenheid van de ring

De ringhoofdeenheid is een groep hoogspanningsschakelaars die in een stalen metalen kast zijn gemonteerd of zijn gemaakt van een geassembleerde ringnetwerkvoedingseenheid van elektrische apparatuur. De algemene structuur van de belastingsschakelaar en het geleidende circuit bestaat uit het geleidende circuit, dat een aantal componenten omvat die de hoofdkern van de ringeenheid vormen. Vanwege de compacte interne structuur staat de ringhoofdeenheid echter voor uitdagingen op het gebied van warmteafvoer. Dit kan leiden tot thermische vervorming en veroudering bij langdurig gebruik in omgevingen met hoge temperaturen. Deze problemen hebben niet alleen invloed op de levensduur van het apparaat, maar ook op de isolerende eigenschappen, wat veiligheidsrisico’s met zich meebrengt. Met name schade aan apparatuur en elektrische ongevallen worden waarschijnlijker, wat aanzienlijke veiligheidsrisico’s met zich meebrengt.

Binnen verschillende onderzoeksgebieden hebben wetenschappers een reeks onderzoeken uitgevoerd naar de temperatuurstijging van bovenleidingschakelapparatuur en verschillende factoren geanalyseerd die van invloed zijn op de temperatuurverdeling¹. In Polykrati et ^al.2 wordt een wiskundig model gepresenteerd voor de schatting van de temperatuurstijging van componenten die op het distributienet zijn geïnstalleerd tijdens een kortsluitfout. Het model werd toegepast op de gemeenschappelijke ontkoppelingsschakelaars van het netwerk en de kenmerken van de resultaten werden uitgezet volgens de verschillende vormen van het asymmetrische deel van de kortsluitstroomgolfvorm en de beginwaarde van de kortsluitgelijkstroomcomponent. Guan et al., aan de andere kant, hebben rekening gehouden met de contactweerstand en elektromagnetische afstoting door een equivalente contactbrug te bouwen om de contactinterface te simuleren en het elektromagnetisch-thermische koppelingsveld en temperatuurstijgingsexperiment^{verder geanalyseerd 3}. Daarnaast onderzochten de onderzoekers het temperatuurveld en de thermische spanningsverdeling van de dynamische en statische contacten in de ringhoofdeenheid door middel van eindige-elementensimulatie, die een basis vormden voor de studie van de levensduur van de stroomonderbreker⁴. Ten slotte hebben Mueller et al. zich gericht op de geometrische kenmerken van koellichamen en de effecten van materiaalkeuze, totale oppervlakte, temperatuuruniformiteit en maximale oppervlaktetemperatuur op thermische prestaties geëvalueerd⁵. Deze studies bieden waardevolle inzichten en methoden om de prestaties en betrouwbaarheid van schakelapparatuur te verbeteren, temperatuurstijging te verminderen en de levensduur van de apparatuur te verlengen. Wang et al. stelden een MiNET Deep Learning Model (MDLM) voor in de UPIOT-omgeving met als doel foutdiagnose van elektrische ringkasten te detecteren, waarvan werd gevalideerd dat het een identificatienauwkeurigheid van 99,1% had, wat aanzienlijk hoger is dan die van andere methoden⁶. Lei et al. bestudeerden de thermische prestaties van een GIS-rail in een stabiele toestand met behulp van de magneto-vloeistof-thermische koppelingsanalysemethode, waardoor de geleider en tankdiameter werden geoptimaliseerd op basis van de simulatieresultaten van de temperatuurstijging⁷. Ouerdani et al. gebruikten het RMU-simulatiemodel voor temperatuurstijging om de temperatuurstijging op kritieke locaties in het model te bepalen, waarbij de duur van de maximale overbelasting voor de componenten in de RMU dienovereenkomstig werd vastgesteld⁸. Zheng et al. beschreven een conventionele rechthoekige rail in een model van hoogstroomschakelaars door een tweedimensionaal model te bouwen en de eindige-elementenmethode (FEM) toe te passen voor berekeningen van elektromagnetische velden. Het stelde hen in staat om de verdeling van de stroomdichtheid en het vermogensverlies van de busgeleider te verkrijgen. Een onregelmatige rail is ontworpen na overweging van de effecten van het nabijheidseffect en het huideffect. Dit onregelmatige railontwerp verbeterde de prestaties van conventionele rechthoekige rail⁹.

Wat betreft het aspect van het gebruik van de icepak-simulatie, voerden Wang et al. een simulatie van de temperatuurstijging uit door middel van vortexveld-, luchtstroomveld- en temperatuurveldtheorieën en ontdekten dat de temperatuurstijging van de ringhoofdeenheid ernstiger was onder natuurlijke convectie. Ze slaagden erin de temperatuurstijging te verminderen door geforceerde luchtkoeling toe te voegen en verbeteringen aan te brengen in de interne contactstructuur¹⁰. Zhu et ^al.11 gebruikten de icepak om een thermisch model te simuleren om het effect van de aanwezigheid van thermische via’s op de printplaat en de aanwezigheid van koellichamen op de temperatuur van de elektrische apparaten te vergelijken. Ten slotte wordt de theoretische analyse vergeleken met de simulatieresultaten om de juistheid van de theoretische analyse te verifiëren. Mao et ^al.12 bestudeerden de temperatuur en de interne luchtstroomverdeling onder zomerse bedrijfsomstandigheden door middel van thermische simulatie op basis van de CAE-software in de icepak-simulatie. Het probleem van het verbeteren van de koelefficiëntie en het beheersen van de temperatuurstijging van meerdere verzilverde contacten wordt gegeven, en de temperatuur- en interne luchtstroomcontouren die in de simulatie zijn vastgelegd, zullen de basis leggen voor het ontwerp van het koelschema voor de zes verzilverde contacten die in de afdichtingseenheid zijn gemonteerd. Omgekeerd worden bij het gebruik van een steady-state thermische module Zhang¹³ Modelleringsmethoden besproken voor het oplossen van het thermische netwerk van een hogedrukbus met behulp van een alternatieve transiënte procedure. De test- en simulatieresultaten komen goed overeen met de thermische steady-state en transiënte toestanden van de bus. De transiënte resultaten worden vervolgens gebruikt om het overbelastingsvermogen van de bus te evalueren. Vaimann et ^al.14 ontwikkelden en analyseerden een analytisch thermisch model van een synchrone reluctantiemotor voor het voorspellen van de temperatuur van de verschillende componenten en het ingestelde totale parameter thermische netwerk.

Met de voortdurende vooruitgang van het onderzoek naar elektrische apparatuur zoals ringhoofdeenheden, zijn conventionele temperatuurstijgingstests en productiemethoden relatief inefficiënt. Door gebruik te maken van eindige-elemententechnologie in combinatie met offline tests, worden daarom niet alleen de ontwerpkostenproblemen aangepakt, maar kunnen op basis van simulaties snel aanpassingen en optimalisaties worden aangebracht in echte problemen. Op basis van de hierboven genoemde voortgang van het onderzoek wordt het gebruik van ANSYS Icepak en Steady-state thermische koppeling voor vergelijkende analyse zelden genoemd. Daarom beschrijft het protocol het mechanismeonderzoek van eindige elementen, gebruikt het numerieke en morfologische combinaties om een simulatiemodel voor de temperatuurstijging van eindige elementen voor de behuizing op te stellen, en bespreekt het simulatiemodel voor de temperatuurstijging van eindige elementen op basis van de resultaten van de twee analytische modules door de resultaten van de twee simulatiemodules te vergelijken. Door de vergelijking tussen de twee simulatiemodules zullen we de kenmerken van de temperatuurstijgingstrend van de ringhoofdeenheid krijgen en de meest toepasbare methode vinden om de nodige basis en onderzoeksideeën te bieden voor een strategie om de temperatuurstijging van de ringhoofdeenheid te verminderen.