Estudo Comparativo de Simulação de Aumento de Temperatura na Unidade Principal do Anel

A unidade principal do anel é um grupo de aparelhagem de alta tensão montada em um gabinete de metal de aço ou feita de unidade de fonte de alimentação de rede de anel espaçado montada de equipamentos elétricos. A estrutura geral do interruptor de carga e do circuito condutor consiste no circuito condutor, que inclui vários componentes que compõem o núcleo principal da unidade de anel. No entanto, devido à sua estrutura interna compacta, a unidade principal em anel enfrenta desafios na dissipação de calor. Isso pode levar à deformação térmica e envelhecimento ao operar por longos períodos em ambientes de alta temperatura. Esses problemas não afetam apenas a vida útil da unidade, mas também afetam suas propriedades isolantes, apresentando riscos à segurança. Em particular, danos ao equipamento e acidentes elétricos tornam-se mais prováveis, representando riscos significativos à segurança.

Em diferentes áreas de pesquisa, os estudiosos realizaram uma série de estudos sobre o aumento da temperatura dos painéis de distribuição de linhas aéreas e analisaram vários fatores que afetam a distribuição de temperatura¹. Em Polykrati et ^al.2, é apresentado um modelo matemático para a estimativa do aumento de temperatura de componentes instalados na rede de distribuição durante uma falha de curto-circuito. O modelo foi aplicado às chaves seccionadoras comuns da rede, e as características dos resultados foram plotadas de acordo com as diferentes formas da parte assimétrica da forma de onda da corrente de curto-circuito e o valor inicial do componente de corrente CC de curto-circuito. Guan et al., por outro lado, levaram em consideração a resistência de contato e a repulsão eletromagnética construindo uma ponte de contato equivalente para simular a interface de contato e analisaram ainda mais o campo de acoplamento eletromagnético-térmico e o experimento de aumento de temperatura³. Além disso, os pesquisadores investigaram o campo de temperatura e a distribuição de tensões térmicas dos contatos dinâmicos e estáticos dentro da unidade principal do anel por simulação de elementos finitos, que forneceu uma base para o estudo da vida útil do disjuntor⁴. Finalmente, Mueller et al. concentraram-se nas características geométricas dos dissipadores de calor e avaliaram os efeitos da seleção de materiais, área de superfície total, uniformidade de temperatura e temperatura máxima da superfície no desempenho térmico⁵. Esses estudos fornecem informações e métodos valiosos para melhorar o desempenho e a confiabilidade do painel de distribuição, reduzir o aumento da temperatura e prolongar a vida útil do equipamento. Wang et al. propuseram um MiNET Deep Learning Model (MDLM) no ambiente UPIOT com o objetivo de detectar o diagnóstico de falhas em gabinetes de anéis elétricos, que foi validado para ter uma precisão de identificação de 99,1%, que é significativamente maior do que a de outros métodos⁶. Lei et al. estudaram o desempenho térmico de um barramento GIS em estado estacionário usando o método de análise de acoplamento magneto-fluido-térmico, otimizando assim o diâmetro do condutor e do tanque com base nos resultados da simulação de aumento de temperatura⁷. Ouerdani et al. usaram o modelo de simulação de aumento de temperatura da RMU para determinar o aumento de temperatura em locais críticos dentro dela, fixando assim a duração da sobrecarga máxima para os componentes dentro da RMU^{de acordo 8}. Zheng et al. descreveram um barramento retangular convencional em um modelo de painel de alta corrente, construindo um modelo bidimensional e aplicando o método dos elementos finitos (FEM) para cálculos de campo eletromagnético. Isso permitiu que eles obtivessem a distribuição da densidade de corrente do condutor do barramento e da perda de potência. Um barramento irregular foi projetado após considerar os efeitos do efeito de proximidade e efeito de pele. Este design de barramento irregular melhorou o desempenho do barramento retangular convencional⁹.

Quanto ao aspecto do uso da simulação do icepak, Wang et al. realizaram uma simulação de aumento de temperatura por meio de teorias de campo de vórtice, campo de fluxo de ar e campo de temperatura e descobriram que o aumento de temperatura da unidade principal do anel era mais grave sob convecção natural. Eles reduziram com sucesso o nível de aumento de temperatura adicionando resfriamento de ar forçado e fazendo melhorias na estrutura de contato interno¹⁰. Zhu et ^al.11 utilizaram o icepak para simular um modelo térmico a fim de comparar o efeito da presença de vias térmicas na PCB e a presença de dissipadores de calor na temperatura dos dispositivos de potência. Por fim, a análise teórica é comparada com os resultados da simulação para verificar a exatidão da análise teórica. Mao et ^al.12 estudaram a temperatura e a distribuição do fluxo de ar interno em condições de operação no verão por simulação térmica baseada no software CAE na simulação icepak. O problema de como melhorar a eficiência de resfriamento e controlar o aumento de temperatura de vários contatos prateados é dado, e os contornos de temperatura e fluxo de ar interno capturados na simulação estabelecerão as bases para o projeto do esquema de resfriamento para os seis contatos prateados montados na unidade de vedação. Por outro lado, no uso de um módulo térmico de estado estacionário, os métodos de modelagem de Zhang¹³ são discutidos para resolver a rede térmica de uma bucha de alta pressão usando um procedimento transitório alternativo. Os resultados do teste e da simulação estão de acordo com o estado estacionário térmico e os estados transitórios da bucha. Os resultados transitórios são então usados para avaliar a capacidade de sobrecarga da bucha. Vaimann et ^al.14 desenvolveram e analisaram um modelo térmico analítico de um motor de relutância síncrona para prever a temperatura de seus diferentes componentes e a rede térmica do parâmetro total definido.

Com o avanço contínuo da pesquisa em equipamentos elétricos, como unidades principais de anel, os testes convencionais de aumento de temperatura e os métodos de produção são relativamente ineficientes. Portanto, ao utilizar a tecnologia de elementos finitos combinada com testes off-line, não apenas os problemas de custo do projeto são resolvidos, mas ajustes e otimizações podem ser feitos prontamente para problemas do mundo real com base em simulações. Com base no progresso da pesquisa mencionado acima, o uso do ANSYS Icepak e do acoplamento térmico de estado estacionário para análise comparativa raramente é mencionado. Portanto, o protocolo descreve a pesquisa de mecanismos de elementos finitos, usa combinações numéricas e morfológicas para estabelecer um modelo de simulação de aumento de temperatura de elementos finitos para o recinto e discute o modelo de simulação de aumento de temperatura de elementos finitos com base nos resultados dos dois módulos analíticos, comparando os resultados dos dois módulos de simulação. Através da comparação entre os dois módulos de simulação, obteremos as características da tendência de aumento de temperatura da unidade principal do anel e encontraremos o método mais aplicável para fornecer a base necessária e ideias de pesquisa para uma estratégia de mitigação do aumento de temperatura da unidade principal do anel.