Estudio comparativo de simulación de aumento de temperatura en la unidad principal del anillo

La unidad principal de anillo es un grupo de aparamenta de alto voltaje montada en un gabinete de metal de acero o hecha de una unidad de fuente de alimentación de red de anillo espaciada ensamblada de equipo eléctrico. La estructura general del interruptor de carga y el circuito conductor consta del circuito conductor, que incluye una serie de componentes que comprenden el núcleo principal de la unidad de anillo. Sin embargo, debido a su estructura interna compacta, la unidad principal del anillo enfrenta desafíos en la disipación de calor. Esto puede provocar deformación térmica y envejecimiento cuando se opera durante períodos prolongados en entornos de alta temperatura. Estos problemas no solo afectan la vida útil de la unidad, sino que también afectan sus propiedades aislantes, lo que plantea riesgos de seguridad. En particular, los daños a los equipos y los accidentes eléctricos son cada vez más probables, lo que plantea importantes peligros para la seguridad.

Dentro de diferentes áreas de investigación, los académicos han realizado una serie de estudios sobre el aumento de temperatura de la aparamenta de líneas aéreas y han analizado varios factores que afectan la distribución de la temperatura¹. En Polykrati et ^al.2 se presenta un modelo matemático para la estimación del aumento de temperatura de los componentes instalados en la red de distribución durante una falla de cortocircuito. El modelo se aplicó a los interruptores de desconexión comunes de la red, y las características de los resultados se trazaron de acuerdo con las diferentes formas de la parte asimétrica de la forma de onda de la corriente de cortocircuito y el valor inicial del componente de corriente continua de cortocircuito. Guan et al., por otro lado, han tenido en cuenta la resistencia de contacto y la repulsión electromagnética mediante la construcción de un puente de contacto equivalente para simular la interfaz de contacto y han analizado más a fondo el campo de acoplamiento electromagnético-térmico y el experimento de aumento de temperatura³. Además, los investigadores investigaron el campo de temperatura y la distribución de la tensión térmica de los contactos dinámicos y estáticos dentro de la unidad principal del anillo mediante simulación de elementos finitos, lo que proporcionó una base para el estudio de la vida útil del interruptor^{automático 4}. Finalmente, Mueller et al. se han centrado en las características geométricas de los disipadores de calor y han evaluado los efectos de la selección del material, el área total de la superficie, la uniformidad de la temperatura y la temperatura máxima de la superficie sobre el rendimiento térmico⁵. Estos estudios proporcionan información y métodos valiosos para mejorar el rendimiento y la confiabilidad de la aparamenta, reducir el aumento de temperatura y prolongar la vida útil del equipo. Wang et al. propusieron un modelo de aprendizaje profundo MiNET (MDLM) en el entorno UPIOT con el propósito de detectar el diagnóstico de fallas en gabinetes de anillos eléctricos, el cual fue validado para tener una precisión de identificación del 99,1%, que es significativamente mayor que la de otros métodos⁶. Lei et al. estudiaron el rendimiento térmico de una barra colectora GIS en estado estacionario utilizando el método de análisis de acoplamiento magneto-fluido-térmico, optimizando así el diámetro del conductor y del tanque en función de los resultados de la simulación de aumento de temperatura⁷. Ouerdani et al. utilizaron el modelo de simulación de aumento de temperatura de la RMU para determinar el aumento de temperatura en ubicaciones críticas dentro de ella, fijando así la duración de la sobrecarga máxima para los componentes dentro de la RMU en consecuencia⁸. Zheng et al. describieron una barra colectora rectangular convencional en un modelo de aparamenta de alta corriente mediante la construcción de un modelo bidimensional y la aplicación del método de elementos finitos (FEM) para los cálculos del campo electromagnético. Les permitió obtener la distribución de la densidad de corriente del conductor del bus y la pérdida de potencia. Se diseñó una barra colectora irregular después de considerar los efectos del efecto de proximidad y el efecto de la piel. Este diseño de barra colectora irregular mejoró el rendimiento de la barra colectora rectangular^{convencional 9}.

En cuanto al aspecto del uso de la simulación icepak, Wang et al. llevaron a cabo una simulación de aumento de temperatura a través de las teorías de campo de vórtice, campo de flujo de aire y campo de temperatura y encontraron que el aumento de temperatura de la unidad principal del anillo era más grave bajo convección natural. Lograron reducir el nivel de aumento de temperatura mediante la adición de enfriamiento por aire forzado y la realización de mejoras en la estructura de contacto interno¹⁰. Zhu et ^al.11 utilizaron el icepak para simular un modelo térmico con el fin de comparar el efecto de la presencia de vías térmicas en la PCB y la presencia de disipadores de calor en la temperatura de los dispositivos de potencia. Finalmente, el análisis teórico se compara con los resultados de la simulación para verificar la exactitud del análisis teórico. Mao et ^al.12 estudiaron la temperatura y la distribución del flujo de aire interno en condiciones de operación estival mediante simulación térmica basada en el software CAE en la simulación icepak. Se presenta el problema de cómo mejorar la eficiencia de enfriamiento y controlar el aumento de temperatura de múltiples contactos plateados, y los contornos de temperatura y flujo de aire interno capturados en la simulación sentarán las bases para el diseño del esquema de enfriamiento para los seis contactos plateados montados en la unidad de sellado. Por el contrario, en el uso de un módulo térmico de estado estacionario, se discuten los métodos de modelado de Zhang¹³ para resolver la red térmica de un buje de alta presión utilizando un procedimiento transitorio alternativo. Los resultados de las pruebas y simulaciones concuerdan con el estado estacionario térmico y los estados transitorios del buje. Los resultados transitorios se utilizan para evaluar la capacidad de sobrecarga del buje. Vaimann et ^al.14 desarrollaron y analizaron un modelo térmico analítico de un motor de reluctancia síncrono para predecir la temperatura de sus diferentes componentes y el parámetro total establecido en la red térmica.

Con el avance continuo de la investigación sobre equipos eléctricos, como las unidades principales de anillo, las pruebas convencionales de aumento de temperatura y los métodos de producción son relativamente ineficientes. Por lo tanto, al utilizar la tecnología de elementos finitos combinada con pruebas fuera de línea, no solo se abordan los problemas de costos de diseño, sino que también se pueden realizar ajustes y optimizaciones rápidamente a los problemas del mundo real basados en simulaciones. Sobre la base de los avances de investigación mencionados anteriormente, rara vez se menciona el uso de ANSYS Icepak y el acoplamiento térmico de estado estacionario para el análisis comparativo. Por lo tanto, el protocolo describe la investigación del mecanismo de los elementos finitos, utiliza combinaciones numéricas y morfológicas para establecer un modelo de simulación de aumento de temperatura de elementos finitos para el recinto y discute el modelo de simulación de aumento de temperatura de elementos finitos basado en los resultados de los dos módulos analíticos comparando los resultados de los dos módulos de simulación. A través de la comparación entre los dos módulos de simulación, obtendremos las características de la tendencia de aumento de temperatura de la unidad principal del anillo y encontraremos el método más aplicable para proporcionar la base necesaria y las ideas de investigación para una estrategia para mitigar el aumento de temperatura de la unidad principal del anillo.