Etude comparative de la simulation de l’élévation de température dans l’unité principale de l’anneau

L’unité principale en anneau est un groupe d’appareillages de commutation haute tension montés dans une armoire métallique en acier ou constitués d’une unité d’alimentation en réseau en anneau espacée assemblée d’un équipement électrique. La structure globale de l’interrupteur de charge et du circuit conducteur se compose du circuit conducteur, qui comprend un certain nombre de composants constituant le noyau principal de l’unité annulaire. Cependant, en raison de sa structure interne compacte, l’unité principale annulaire est confrontée à des défis de dissipation thermique. Cela peut entraîner une déformation thermique et un vieillissement lors d’un fonctionnement prolongé dans des environnements à haute température. Ces problèmes affectent non seulement la durée de vie de l’unité, mais aussi ses propriétés isolantes, ce qui pose des risques pour la sécurité. En particulier, les dommages à l’équipement et les accidents électriques deviennent plus probables, ce qui présente des risques importants pour la sécurité.

Dans différents domaines de recherche, les chercheurs ont mené une série d’études sur l’augmentation de la température des appareillages de commutation des lignes aériennes et analysé divers facteurs affectant la distribution de la température¹. Dans Polykrati et ^al.2, un modèle mathématique d’estimation de l’élévation de température des composants installés sur le réseau de distribution lors d’un défaut de court-circuit est présenté. Le modèle a été appliqué aux commutateurs de sectionnement courants du réseau, et les caractéristiques des résultats ont été tracées en fonction des différentes formes de la partie asymétrique de la forme d’onde du courant de court-circuit et de la valeur initiale de la composante de courant continu de court-circuit. Guan et al., d’autre part, ont pris en compte la résistance de contact et la répulsion électromagnétique en construisant un pont de contact équivalent pour simuler l’interface de contact et ont analysé plus en détail le champ de couplage électromagnétique-thermique et l’expérience d’élévation de température³. De plus, les chercheurs ont étudié le champ de température et la distribution des contraintes thermiques des contacts dynamiques et statiques à l’intérieur de l’unité principale de l’anneau par simulation par éléments finis, ce qui a fourni une base pour l’étude de la durée de vie du disjoncteur⁴. Enfin, Mueller et al. se sont concentrés sur les caractéristiques géométriques des dissipateurs thermiques et ont évalué les effets de la sélection des matériaux, de la surface totale, de l’uniformité de la température et de la température de surface maximale sur la performance thermique⁵. Ces études fournissent des informations et des méthodes précieuses pour améliorer les performances et la fiabilité de l’appareillage de commutation, réduire l’élévation de température et prolonger la durée de vie de l’équipement. Wang et al. ont proposé un modèle d’apprentissage profond MiNET (MDLM) dans l’environnement UPIOT dans le but de détecter le diagnostic de panne des armoires électriques, qui a été validé pour avoir une précision d’identification de 99,1 %, ce qui est nettement supérieur à celui des autres méthodes⁶. Lei et al. ont étudié les performances thermiques d’un jeu de barres GIS à l’état stationnaire en utilisant la méthode d’analyse du couplage magnéto-fluide-thermique, optimisant ainsi le diamètre du conducteur et du réservoir sur la base des résultats de simulation de l’élévation de température⁷. Ouerdani et al. ont utilisé le modèle de simulation d’élévation de température de la RMU pour déterminer l’élévation de température à des endroits critiques à l’intérieur de celle-ci, fixant ainsi la durée de la surcharge maximale pour les composants à l’intérieur de la RMU en conséquence⁸. Zheng et al. ont décrit un jeu de barres rectangulaire conventionnel dans un modèle d’appareillage de commutation à courant élevé en construisant un modèle bidimensionnel et en appliquant la méthode des éléments finis (FEM) pour les calculs de champs électromagnétiques. Cela leur a permis d’obtenir la distribution de la densité de courant et de la perte de puissance du conducteur de bus. Un jeu de barres irrégulier a été conçu après avoir pris en compte les effets de l’effet de proximité et de l’effet de peau. Cette conception irrégulière du jeu de barres a amélioré les performances^{du jeu de} barres rectangulaire 9 conventionnel.

En ce qui concerne l’utilisation de la simulation icepak, Wang et al. ont effectué une simulation de l’élévation de la température à l’aide des théories du champ de vortex, du champ d’écoulement d’air et du champ de température et ont constaté que l’élévation de température de l’unité principale de l’anneau était plus grave sous convection naturelle. Ils ont réussi à réduire le niveau d’élévation de la température en ajoutant un refroidissement par air forcé et en améliorant la structure de contact interne¹⁰. Zhu et ^al.11 ont utilisé l’icepak pour simuler un modèle thermique afin de comparer l’effet de la présence de vias thermiques sur le PCB et la présence de dissipateurs thermiques sur la température des dispositifs d’alimentation. Enfin, l’analyse théorique est comparée aux résultats de la simulation pour vérifier l’exactitude de l’analyse théorique. Mao et ^al.12 ont étudié la température et la distribution du flux d’air interne dans des conditions de fonctionnement estivales par simulation thermique basée sur le logiciel IAO dans la simulation icepak. Le problème de l’amélioration de l’efficacité du refroidissement et du contrôle de l’élévation de température de plusieurs contacts plaqués argent est donné, et la température et les contours du flux d’air interne capturés dans la simulation jetteront les bases de la conception du schéma de refroidissement des six contacts plaqués argent montés dans l’unité d’étanchéité. Inversement, dans l’utilisation d’un module thermique à l’état stationnaire, les méthodes de modélisation de Zhang¹³ sont discutées pour résoudre le réseau thermique d’une traversée haute pression à l’aide d’une procédure transitoire alternative. Les résultats des tests et des simulations sont en bon accord avec l’état stationnaire thermique et les états transitoires de la traversée. Les résultats transitoires sont ensuite utilisés pour évaluer la capacité de surcharge de la traversée. Vaimann et ^al.14 ont développé et analysé un modèle thermique analytique d’un moteur à réluctance synchrone pour prédire la température de ses différents composants et le réseau thermique de paramètres totaux définis.

Avec l’avancement continu de la recherche sur les équipements électriques tels que les unités principales en anneau, les tests d’élévation de température conventionnels et les méthodes de production sont relativement inefficaces. Par conséquent, en utilisant la technologie des éléments finis combinée à des tests hors ligne, non seulement les problèmes de coût de conception sont résolus, mais des ajustements et des optimisations peuvent être rapidement apportés aux problèmes du monde réel sur la base de simulations. Sur la base des progrès de la recherche mentionnés ci-dessus, l’utilisation d’ANSYS Icepak et du couplage thermique en régime permanent pour l’analyse comparative est rarement mentionnée. Par conséquent, le protocole décrit la recherche sur le mécanisme des éléments finis, utilise des combinaisons numériques et morphologiques pour établir un modèle de simulation de l’élévation de température par éléments finis pour l’enceinte, et discute du modèle de simulation de l’élévation de température par éléments finis basé sur les résultats des deux modules analytiques en comparant les résultats des deux modules de simulation. Grâce à la comparaison entre les deux modules de simulation, nous obtiendrons les caractéristiques de la tendance de l’élévation de température de l’unité principale de l’anneau et trouverons la méthode la plus applicable afin de fournir la base nécessaire et de rechercher des idées pour une stratégie visant à atténuer l’élévation de température de l’unité principale de l’anneau.