Vergleichende Studie zur Simulation des Temperaturanstiegs in der Ringhaupteinheit

Die Ringhaupteinheit ist eine Gruppe von Hochspannungsschaltanlagen, die in einem Stahlmetallgehäuse montiert sind oder aus einer montierten Ringnetznetzeinheit für elektrische Geräte bestehen. Die Gesamtstruktur des Lastschalters und des leitenden Stromkreises besteht aus dem leitenden Stromkreis, der eine Reihe von Komponenten umfasst, die den Hauptkern der Ringeinheit bilden. Aufgrund ihrer kompakten internen Struktur steht die Ringhaupteinheit jedoch vor Herausforderungen bei der Wärmeableitung. Dies kann bei längerem Betrieb in Umgebungen mit hohen Temperaturen zu thermischer Verformung und Alterung führen. Diese Probleme beeinträchtigen nicht nur die Lebensdauer des Geräts, sondern auch seine isolierenden Eigenschaften und stellen ein Sicherheitsrisiko dar. Insbesondere Geräteschäden und Elektrounfälle werden wahrscheinlicher, was ein erhebliches Sicherheitsrisiko darstellt.

In verschiedenen Forschungsbereichen haben Wissenschaftler eine Reihe von Studien zum Temperaturanstieg von Freileitungsschaltanlagen durchgeführt und verschiedene Faktoren analysiert, die die Temperaturverteilung beeinflussen¹. In Polykrati et ^al.2 wird ein mathematisches Modell zur Abschätzung des Temperaturanstiegs von Komponenten, die während eines Kurzschlussfehlers im Verteilnetz installiert sind, vorgestellt. Das Modell wurde auf die gängigen Trennschalter des Netzwerks angewendet, und die Eigenschaften der Ergebnisse wurden entsprechend den verschiedenen Formen des asymmetrischen Teils der Kurzschlussstromwellenform und dem Anfangswert der Kurzschluss-Gleichstromkomponente aufgetragen. Guan et al. hingegen haben den Kontaktwiderstand und die elektromagnetische Abstoßung berücksichtigt, indem sie eine äquivalente Kontaktbrücke zur Simulation der Kontaktgrenzfläche gebaut und das elektromagnetisch-thermische Kopplungsfeld- und Temperaturanstiegsexperiment weiter analysiert³. Darüber hinaus untersuchten die Forscher die Temperaturfeld- und thermische Spannungsverteilung der dynamischen und statischen Kontakte im Inneren der Ringhaupteinheit durch Finite-Elemente-Simulation, die eine Grundlage für die Untersuchung der Lebensdauer von Leistungsschaltern^{lieferte 4}. Schließlich haben sich Mueller et al. auf die geometrischen Eigenschaften von Kühlkörpern konzentriert und die Auswirkungen der Materialauswahl, der Gesamtoberfläche, der Temperaturgleichmäßigkeit und der maximalen Oberflächentemperatur auf die thermische Leistung^{bewertet 5}. Diese Studien liefern wertvolle Erkenntnisse und Methoden, um die Leistung und Zuverlässigkeit von Schaltanlagen zu verbessern, den Temperaturanstieg zu reduzieren und die Lebensdauer der Geräte zu verlängern. Wang et al. schlugen ein MiNET Deep Learning Model (MDLM) in der UPIOT-Umgebung vor, um die Fehlerdiagnose von elektrischen Ringschränken zu erkennen, das mit einer Identifikationsgenauigkeit von 99,1 % validiert wurde, was deutlich höher ist als die anderer Methoden⁶. Lei et al. untersuchten das thermische Verhalten einer GIS-Stromschiene im stationären Zustand mit der Analysemethode der magnetofluid-thermischen Kopplung und optimierten dadurch den Leiter- und Tankdurchmesser auf der Grundlage der Ergebnisse der Temperaturanstiegssimulation⁷. Ouerdani et al. verwendeten das RMU-Temperaturanstiegssimulationsmodell, um den Temperaturanstieg an kritischen Stellen im Inneren zu bestimmen und damit die Dauer der maximalen Überlastung für die Komponenten innerhalb der RMU entsprechend festzulegen⁸. Zheng et al. beschrieben eine konventionelle rechteckige Stromschiene in einem Modell einer Hochstromschaltanlage, indem sie ein zweidimensionales Modell erstellten und die Finite-Elemente-Methode (FEM) für die Berechnung elektromagnetischer Felder anwandten. Es ermöglichte ihnen, die Verteilung der Stromdichte und der Verlustleistung des Busleiters zu ermitteln. Eine unregelmäßige Stromschiene wurde unter Berücksichtigung der Auswirkungen des Proximity-Effekts und des Skin-Effekts entwickelt. Dieses unregelmäßige Stromschienendesign verbesserte die Leistung der herkömmlichen rechteckigen Stromschiene⁹.

Was den Aspekt der Verwendung der Icepak-Simulation betrifft, so führten Wang et al. eine Temperaturanstiegssimulation durch Wirbelfeld-, Luftströmungsfeld- und Temperaturfeldtheorien durch und fanden heraus, dass der Temperaturanstieg der Ringhaupteinheit unter natürlicher Konvektion gravierender war. Sie reduzierten erfolgreich den Temperaturanstieg, indem sie eine forcierte Luftkühlung hinzufügten und die interne Kontaktstruktur¹⁰ verbesserten. Zhu et ^al.11 verwendeten das Icepak, um ein thermisches Modell zu simulieren, um den Einfluss des Vorhandenseins von thermischen Durchkontaktierungen auf der Leiterplatte und des Vorhandenseins von Kühlkörpern auf die Temperatur der Leistungsbauelemente zu vergleichen. Abschließend wird die theoretische Analyse mit den Simulationsergebnissen verglichen, um die Richtigkeit der theoretischen Analyse zu überprüfen. Mao et ^al.12 untersuchten die Temperatur- und interne Luftströmungsverteilung unter sommerlichen Betriebsbedingungen durch thermische Simulation auf Basis der CAE-Software in der icepak-Simulation. Das Problem, wie die Kühleffizienz verbessert und der Temperaturanstieg mehrerer versilberter Kontakte kontrolliert werden kann, ist gegeben, und die in der Simulation erfassten Temperatur- und internen Luftströmungskonturen legen die Grundlage für die Gestaltung des Kühlschemas für die sechs versilberten Kontakte, die in der Dichtungseinheit montiert sind. Umgekehrt werden bei der Verwendung eines stationären thermischen Moduls Zhang¹³ Modellierungsmethoden zur Lösung des thermischen Netzwerks einer Hochdruckdurchführung unter Verwendung eines alternativen transienten Verfahrens diskutiert. Die Test- und Simulationsergebnisse stimmen gut mit dem thermischen stationären und transienten Zustand der Buchse überein. Die transienten Ergebnisse werden dann verwendet, um die Überlastfähigkeit der Buchse zu bewerten. Vaimann et ^al.14 entwickelten und analysierten ein analytisches thermisches Modell eines Synchronreluktanzmotors zur Vorhersage der Temperatur seiner verschiedenen Komponenten und des eingestellten thermischen Gesamtparameternetzwerks.

Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Forschung an elektrischen Geräten wie Ringleitungseinheiten sind herkömmliche Temperaturanstiegstests und Produktionsmethoden relativ ineffizient. Durch den Einsatz der Finite-Elemente-Technologie in Kombination mit Offline-Tests werden daher nicht nur die Probleme der Designkosten gelöst, sondern es können zeitnah Anpassungen und Optimierungen an realen Problemen auf der Grundlage von Simulationen vorgenommen werden. Basierend auf den oben genannten Forschungsfortschritten wird die Verwendung von ANSYS Icepak und stationärer thermischer Kopplung für vergleichende Analysen selten erwähnt. Daher beschreibt das Protokoll die Mechanismusforschung von finiten Elementen, verwendet numerische und morphologische Kombinationen, um ein Simulationsmodell für den Temperaturanstieg der Finite Elemente für das Gehäuse zu erstellen, und diskutiert das Simulationsmodell für den Temperaturanstieg der finiten Elemente auf der Grundlage der Ergebnisse der beiden analytischen Module, indem die Ergebnisse der beiden Simulationsmodule verglichen werden. Durch den Vergleich zwischen den beiden Simulationsmodulen erhalten wir die Eigenschaften des Temperaturanstiegstrends der Ringhaupteinheit und finden die am besten geeignete Methode, um die notwendige Grundlage und Forschungsideen für eine Strategie zur Abschwächung des Temperaturanstiegs der Ringleitungseinheit bereitzustellen.