Ring Main Unit의 온도 상승 시뮬레이션에 대한 비교 연구

링 메인 유닛은 강철 금속 캐비닛에 장착되거나 전기 장비의 조립된 간격 링 네트워크 전원 공급 장치로 만들어진 고전압 개폐 장치 그룹입니다. 부하 스위치와 전도성 회로의 전체 구조는 전도성 회로로 구성되며, 여기에는 링 유닛의 주요 코어를 구성하는 여러 구성 요소가 포함됩니다. 그러나 컴팩트한 내부 구조로 인해 링 본체는 방열 문제에 직면해 있습니다. 이는 고온 환경에서 장기간 작동할 경우 열 변형 및 노화로 이어질 수 있습니다. 이러한 문제는 장치의 서비스 수명에 영향을 미칠 뿐만 아니라 절연 특성에도 영향을 미쳐 안전 위험을 초래합니다. 특히 장비 손상 및 전기 사고가 발생할 가능성이 높아져 심각한 안전 위험을 초래합니다.

다양한 연구 분야에서 학자들은 가공선 개폐 장치의 온도 상승에 대한 일련의 연구를 수행하고 온도 분포에 영향을 미치는 다양한 요인을 분석했습니다¹. Polykrati et ^al.2에서는 단락 오류 동안 배전망에 설치된 구성 요소의 온도 상승을 추정하기 위한 수학적 모델을 제시합니다. 이 모델은 네트워크의 공통 분리 스위치에 적용되었으며 단락 전류 파형의 비대칭 부분의 다양한 형태와 단락 DC 전류 구성 요소의 초기 값에 따라 결과의 특성을 표시했습니다. 한편, Guan et al.은 접촉 인터페이스를 시뮬레이션하기 위해 등가 접촉 브리지를 구축하여 접촉 저항과 전자기 반발력을 고려하고 전자기-열 결합 필드 및 온도 상승 실험을 추가로 분석했습니다³. 또한, 연구원들은 유한 요소 시뮬레이션을 통해 링 본체 내부의 동적 및 정적 접촉의 온도 필드와 열 응력 분포를 조사했으며, 이는 회로 차단기 수명⁴ 연구의 기초를 제공했습니다. 마지막으로, Mueller et al.은 방열판의 기하학적 특성에 초점을 맞추고 재료 선택, 총 표면적, 온도 균일성 및 최대 표면 온도가 열 성능에 미치는 영향을 평가했습니다⁵. 이러한 연구는 개폐기 성능과 신뢰성을 개선하고, 온도 상승을 줄이고, 장비 수명을 연장할 수 있는 귀중한 통찰력과 방법을 제공합니다. Wang et al.은 전기 링 캐비닛의 고장 진단을 감지하기 위해 UPIOT 환경에서 MiNET Deep Learning Model(MDLM)을 제안했으며, 이는 다른 방법보다 훨씬 높은 99.1%의 식별 정확도를 갖는 것으로 검증되었습니다⁶. Lei et al.은 자기-유체-열 결합 해석 방법을 사용하여 정상 상태에서 GIS 버스바의 열 성능을 연구하여 온도 상승 시뮬레이션 결과를 기반으로 도체와 탱크 직경을 최적화했습니다⁷. Ouerdani et al.은 RMU 온도 상승 시뮬레이션 모델을 사용하여 내부 임계 위치에서의 온도 상승을 결정함으로써 RMU 내부 구성 요소의 최대 과부하 지속 시간을 그에 따라 고정했습니다⁸. Zheng et al.은 2차원 모델을 구축하고 전자기장 계산을 위해 유한요소법(FEM)을 적용하여 고전류 개폐 장치 모델에서 기존의 직사각형 버스바를 설명했습니다. 이를 통해 버스 도체 전류 밀도 및 전력 손실의 분포를 얻을 수 있었습니다. 불규칙한 부스바는 근접 효과와 피부 효과의 효과를 고려하여 설계되었습니다. 이러한 불규칙한 부스바 설계는 종래의 직사각형 버스바(⁹)의 성능을 향상시켰다.

아이스팩 시뮬레이션을 사용하는 측면과 관련하여, Wang 등은 와류장, 기류장, 온도장 이론을 통해 온도 상승 시뮬레이션을 실시한 결과, 자연 대류에서 고리 본체의 온도 상승이 더 심각하다는 것을 발견했다. 그들은 강제 공기 냉각을 추가하고 내부 접촉 구조¹⁰을 개선하여 온도 상승 수준을 성공적으로 낮췄습니다. Zhu et ^al.11 은 PCB에 대한 열 비아의 존재와 방열판의 존재가 전력 장치의 온도에 미치는 영향을 비교하기 위해 아이스팩을 사용하여 열 모델을 시뮬레이션했습니다. 마지막으로, 이론적 분석은 이론적 분석의 정확성을 검증하기 위해 시뮬레이션 결과와 비교됩니다. Mao et ^al.12 는 아이스팩 시뮬레이션에서 CAE 소프트웨어를 기반으로 한 열 시뮬레이션을 통해 여름철 작동 조건에서 온도 및 내부 기류 분포를 연구했습니다. 여러 은도금 접점의 냉각 효율을 개선하고 온도 상승을 제어하는 방법에 대한 문제가 주어지며, 시뮬레이션에서 캡처된 온도 및 내부 공기 흐름 윤곽은 밀봉 장치에 장착된 6개의 은도금 접점에 대한 냉각 계획 설계의 토대를 마련할 것입니다. 반대로, 정상 상태 열 모듈을 사용할 때, Zhang¹³ 모델링 방법은 대체 과도 절차를 사용하여 고압 부싱의 열 네트워크를 해결하기 위해 논의됩니다. 테스트 및 시뮬레이션 결과는 부싱의 열 정상 상태 및 과도 상태와 잘 일치합니다. 그런 다음 과도 결과를 사용하여 부싱 과부하 용량을 평가합니다. Vaimann et ^al.14 은 다양한 구성 요소의 온도와 설정된 총 매개변수 열 네트워크를 예측하기 위한 동기 릴럭턴스 모터의 해석적 열 모델을 개발하고 분석했습니다.

링 메인 유닛과 같은 전기 장비에 대한 연구가 지속적으로 발전함에 따라 기존의 온도 상승 테스트 및 생산 방법은 상대적으로 비효율적입니다. 따라서 오프라인 테스트와 결합된 유한 요소 기술을 활용하면 설계 비용 문제를 해결할 수 있을 뿐만 아니라 시뮬레이션을 기반으로 실제 문제에 대한 조정 및 최적화를 신속하게 수행할 수 있습니다. 위에서 언급한 연구 진행 상황에 따르면 비교 분석을 위한 ANSYS Icepak 및 정상 상태 열 커플링의 사용은 거의 언급되지 않았습니다. 따라서 이 프로토콜은 유한 요소의 메커니즘 연구를 설명하고, 수치 및 형태학적 조합을 사용하여 인클로저에 대한 유한 요소 온도 상승 시뮬레이션 모델을 설정하고, 두 시뮬레이션 모듈의 결과를 비교하여 두 분석 모듈의 결과를 기반으로 유한 요소 온도 상승 시뮬레이션 모델에 대해 논의합니다. 두 시뮬레이션 모듈의 비교를 통해 링 본체의 온도 상승 추세 특성을 얻고 가장 적용 가능한 방법을 찾아 반지 본체의 온도 상승을 완화하기 위한 전략에 필요한 기초와 연구 아이디어를 제공합니다.