JoVE Logo
Authors
Contact Us

Sign In

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • النتائج
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

يعالج هذا البحث مشكلة ارتفاع درجة الحرارة للوحدة الرئيسية الحلقية من خلال إنشاء نموذج مبسط وإجراء تحليل مقارن في وحدتين لحل مجال درجة الحرارة.

Abstract

الوحدة الرئيسية الحلقية (RMU) هي جهاز مهم في أنظمة توزيع الطاقة المستخدمة لتوصيل وتوزيع الكهرباء. ومع ذلك ، نظرا لهيكلها الداخلي المدمج والحمل الحالي العالي ، فإن مشكلات تبديد الحرارة بارزة بشكل خاص. لمعالجة هذه المشكلة ، تقترح هذه الدراسة بشكل مبتكر نموذج RMU مبسط ، باستخدام طرق محاكاة العناصر المحدودة لحل الخسائر الأومية للموصلات بدقة في ظل ظروف التشغيل الفعلية والحصول على بيانات الخسارة الأومية لمختلف المكونات. هذا هو أول تحقيق متعمق في مشكلة ارتفاع درجة الحرارة في RMU باستخدام مثل هذا النهج الشامل. بعد ذلك ، تم حل مجال درجة الحرارة باستخدام وحدتين مختلفتين لتحليل مجال درجة الحرارة ، مع مقارنة وتحليل مفصل لنتائج المحاكاة لتحديد أوجه التشابه والاختلاف والاتجاهات في توزيع درجة الحرارة. تشير النتائج إلى أن نموذج محلول مجال درجة الحرارة ، الذي يأخذ في الاعتبار انتقال الحرارة بالحمل الحراري ، أكثر دقة ويتماشى مع ظروف التشغيل الفعلية. يوفر هذا البحث نهجا مبتكرا وحلولا عملية لتصميم وحدات RMU وتحسينها. يمكن للأبحاث المستقبلية استكشاف طرق تحليل اقتران الفيزياء المتعددة لمعالجة التصميم الهيكلي وقضايا التحقق الإلزامي لوحدات RMU ذات الجهد العالي والعالي للغاية وغيرها من المعدات الكهربائية ، وبالتالي توفير رؤى مهمة للتصميم الهندسي.

Introduction

الوحدة الرئيسية الحلقية عبارة عن مجموعة من المفاتيح الكهربائية عالية الجهد المثبتة في خزانة معدنية فولاذية أو مصنوعة من وحدة إمداد طاقة شبكة الحلقة المتباعدة المجمعة من المعدات الكهربائية. يتكون الهيكل العام لمفتاح الحمل والدائرة الموصلة من الدائرة الموصلة ، والتي تتضمن عددا من المكونات التي تشكل النواة الرئيسية لوحدة الحلقة. ومع ذلك ، نظرا لهيكلها الداخلي المدمج ، تواجه الوحدة الرئيسية الحلقية تحديات في تبديد الحرارة. هذا يمكن أن يؤدي إلى تشوه حراري وتقادم عند التشغيل لفترات طويلة في بيئات ذات درجات حرارة عالية. لا تؤثر هذه المشكلات على عمر خدمة الوحدة فحسب ، بل تؤثر أيضا على خصائصها العازلة ، مما يشكل مخاطر على السلامة. على وجه الخصوص ، يصبح تلف المعدات والحوادث الكهربائية أكثر احتمالا ، مما يشكل مخاطر كبيرة على السلامة.

ضمن مجالات البحث المختلفة ، أجرى العلماء سلسلة من الدراسات حول ارتفاع درجة حرارة المفاتيح الكهربائية للخطوط العلوية وحللوا العوامل المختلفة التي تؤثر على توزيع درجة الحرارة1. في Polykrati et al.2 ، يتم تقديم نموذج رياضي لتقدير ارتفاع درجة حرارة المكونات المثبتة على شبكة التوزيع أثناء حدوث خطأ ماس كهربائى. تم تطبيق النموذج على مفاتيح الفصل الشائعة للشبكة ، وتم رسم خصائص النتائج وفقا للأشكال المختلفة للجزء غير المتماثل من الشكل الموجي لتيار الدائرة القصيرة والقيمة الأولية لمكون تيار التيار المستمر للدائرة القصيرة. من ناحية أخرى ، أخذ Guan et al. في الاعتبار مقاومة التلامس والتنافر الكهرومغناطيسي من خلال بناء جسر اتصال مكافئ لمحاكاة واجهة الاتصال وتحليل مجال الاقتران الكهرومغناطيسي وتجربة ارتفاع درجة الحرارة3. بالإضافة إلى ذلك ، قام الباحثون بالتحقيق في مجال درجة الحرارة وتوزيع الإجهاد الحراري للتلامس الديناميكي والثابت داخل الوحدة الرئيسية للحلقة عن طريق محاكاة العناصر المحدودة ، والتي وفرت أساسا لدراسة عمر قاطع الدائرة4. أخيرا ، ركز Mueller et al. على الخصائص الهندسية للمشتتات الحرارية وقيموا تأثيرات اختيار المواد ، ومساحة السطح الإجمالية ، وتوحيد درجة الحرارة ، ودرجة حرارة السطح القصوى على الأداء الحراري5. توفر هذه الدراسات رؤى وطرقا قيمة لتحسين أداء المفاتيح الكهربائية وموثوقيتها وتقليل ارتفاع درجة الحرارة وإطالة عمر المعدات. اقترح Wang et al. نموذج التعلم العميق MiNET (MDLM) في بيئة UPIOT بهدف الكشف عن تشخيص الأعطال في خزانات الحلقة الكهربائية ، والتي تم التحقق من صحتها للحصول على دقة تحديد تبلغ 99.1٪ ، وهي أعلى بكثير من الطرق الأخرى6. درس Lei et al. الأداء الحراري لقضيب التوصيل GIS في حالة مستقرة باستخدام طريقة تحليل الاقتران المغناطيسي والسائل الحراري ، وبالتالي تحسين الموصل وقطر الخزان بناء على نتائج محاكاة ارتفاع درجة الحرارة7. استخدم Ouerdani et al. نموذج محاكاة ارتفاع درجة حرارة RMU لتحديد ارتفاع درجة الحرارة في المواقع الحرجة بداخله ، وبالتالي تحديد مدة الحمل الزائد الأقصى للمكونات داخل RMU وفقا لذلك8. وصف Zheng et al. قضيب توصيل مستطيل تقليدي في نموذج لمجموعة المفاتيح الكهربائية عالية التيار من خلال بناء نموذج ثنائي الأبعاد وتطبيق طريقة العناصر المحدودة (FEM) لحسابات المجال الكهرومغناطيسي. مكنتهم من الحصول على توزيع كثافة تيار موصل الحافلة وفقدان الطاقة. تم تصميم بسبار غير منتظم بعد النظر في آثار تأثير القرب وتأثير الجلد. أدى تصميم قضيب التوصيل غير المنتظم هذا إلى تحسين أداء قضيب التوصيل المستطيلالتقليدي 9.

أما بالنسبة لجانب استخدام محاكاة icepak ، فقد أجرى Wang et al. محاكاة ارتفاع درجة الحرارة من خلال نظريات مجال الدوامة ومجال تدفق الهواء ومجال درجة الحرارة ووجدوا أن ارتفاع درجة حرارة الوحدة الرئيسية للحلقة كان أكثر خطورة في ظل الحمل الحراري الطبيعي. لقد نجحوا في تقليل مستوى ارتفاع درجة الحرارة عن طريق إضافة تبريد الهواء القسري وإجراء تحسينات على هيكل الاتصال الداخلي10. استخدم Zhu et al.11 icepak لمحاكاة نموذج حراري من أجل مقارنة تأثير وجود فتحات حرارية على ثنائي الفينيل متعدد الكلور ووجود المشتتات الحرارية على درجة حرارة أجهزة الطاقة. أخيرا ، تتم مقارنة التحليل النظري مع نتائج المحاكاة للتحقق من صحة التحليل النظري. درس Mao et al.12 درجة الحرارة وتوزيع تدفق الهواء الداخلي في ظل ظروف التشغيل الصيفية عن طريق المحاكاة الحرارية القائمة على برنامج CAE في محاكاة icepak. يتم إعطاء مشكلة كيفية تحسين كفاءة التبريد والتحكم في ارتفاع درجة حرارة جهات الاتصال المتعددة المطلية بالفضة ، وستضع خطوط درجة الحرارة وتدفق الهواء الداخلي التي تم التقاطها في المحاكاة الأساس لتصميم مخطط التبريد لجهات الاتصال الستة المطلية بالفضة المثبتة في وحدة الختم. على العكس من ذلك ، عند استخدام وحدة حرارية مستقرة الحالة ، تتم مناقشة طرق نمذجة Zhang13 لحل الشبكة الحرارية للجلبة عالية الضغط باستخدام إجراء عابر بديل. تتوافق نتائج الاختبار والمحاكاة بشكل جيد مع الحالة الحرارية المستقرة والحالات العابرة للجلبة. ثم يتم استخدام النتائج العابرة لتقييم سعة التحميل الزائد للجلبة. قام Vaimann et al.14 بتطوير وتحليل نموذج حراري تحليلي لمحرك ممانعة متزامن للتنبؤ بدرجة حرارة مكوناته المختلفة والشبكة الحرارية للمعلمة الكلية المحددة.

مع التقدم المستمر في البحث عن المعدات الكهربائية مثل الوحدات الرئيسية الحلقية ، أصبحت اختبارات ارتفاع درجة الحرارة التقليدية وطرق الإنتاج غير فعالة نسبيا. لذلك ، من خلال استخدام تقنية العناصر المحدودة جنبا إلى جنب مع الاختبارات غير المتصلة بالإنترنت ، لا تتم معالجة مشكلات تكلفة التصميم فحسب ، بل يمكن إجراء التعديلات والتحسينات على الفور لمشاكل العالم الحقيقي بناء على المحاكاة. بناء على التقدم البحثي المذكور أعلاه ، نادرا ما يتم ذكر استخدام ANSYS Icepak والاقتران الحراري للحالة المستقرة للتحليل المقارن. لذلك ، يصف البروتوكول البحث الميكانيكي للعناصر المحدودة ، ويستخدم تركيبات عددية ومورفولوجية لإنشاء نموذج محاكاة ارتفاع درجة حرارة العناصر المحدودة للحاوية ، ويناقش نموذج محاكاة ارتفاع درجة حرارة العناصر المحدودة بناء على نتائج الوحدتين التحليليتين من خلال مقارنة نتائج وحدتي المحاكاة. من خلال المقارنة بين وحدتي المحاكاة ، سنحصل على خصائص اتجاه ارتفاع درجة الحرارة للوحدة الرئيسية للحلقة ونجد الطريقة الأكثر قابلية للتطبيق لتوفير الأساس اللازم والأفكار البحثية لاستراتيجية للتخفيف من ارتفاع درجة حرارة الوحدة الرئيسية للحلقة.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

1. نموذج

ملاحظة: نظرا للهيكل المعقد للوحدة الرئيسية للحلقة (الشكل 1 أ) ، تم اختيار برنامج تصميم عبر الإنترنت لتبسيط تشغيل الوحدة الرئيسية للحلقة.

  1. تبسيط النمذجة
    1. قم بتبسيط النموذج جزئيا ، مع الحفاظ على قسم صندوق الهواء في RMU أثناء إزالة أو تبسيط المكونات الأخرى مثل أعمدة العزل ، ومسامير التثبيت ، والصواميل ، ومكونات الختم ، وأقواس دعم الضغط. تظهر النسخة المبسطة في (الشكل 1 ب).
      1. في عملية تبسيط الوحدة الرئيسية للحلقة من النوع 630A ، قم بإزالة العمود المعزول الذي يربط غرفة قاطع الدائرة بصندوق الأدوات والعديد من البراغي والصواميل الثابتة. أخرج أجزاء الختم وقوس الاحتفاظ بالضغط وقم بتوصيل جهات الاتصال الثابتة للحزمة الثابتة المعزولة بقضيب التوصيل الفرعي السفلي تحت فرضية التأكد من أن الإعداد بأكمله له نفس التيار الموصل ويتم الاحتفاظ فقط بقاطع دائرة الفراغ ولوحة تثبيت قاطع الدائرة ونقاط الاتصال الثابتة وقاطع دائرة التفريغ.
      2. احتفظ فقط بقاطع دائرة الفراغ ، ولوحة تثبيت قاطع الدائرة ، والتلامس الثابت ، ولوحة حجب قاطع الدائرة الفراغية. بشكل عام ، قم بإزالة البراغي والحشيات من النموذج ، واملأ الثقوب بعد إزالة البراغي بالمواد الصلبة ، وقلل من عدد أجزاء الشبكة ، وقم بتحسين الأشكال غير المنتظمة للأجزاء. قم بإزالة الأدوات لتشغيل اللوحة وألواح التثبيت والأقواس وأجزاء التشغيل الأخرى ، مثل صناديق الأدوات ، التي ليس لها أي تأثير على عملية محاكاة ارتفاع درجة الحرارة.
      3. يمكن تجاهل إزالة العلب المعزولة لبعض المكونات تحت المحاكاة لأنها لها تأثير ضئيل على نتائج المحاكاة. بالإضافة إلى ذلك ، تقوم مفاتيح التأريض التي ليس لها أي تأثير على استخدام المعدات أثناء التشغيل العادي بإزالتها ، وتحتفظ بغرفة قاطع الدائرة للمحاكاة.
    2. لحذف أي قسم ، ما عليك سوى تحديده والنقر فوق خيار الحذف .

2. حل حقل إيدي

  1. إعدادات المعالجة المسبقة
    ملاحظة: مضاهاة مجال تيار إيدي هي الأساس لأداء حل مجال درجة الحرارة ، والذي يتطلب التحليل اللاحق لمصدر الحرارة الذي تم حله كحمل في مجال درجة الحرارة.
    1. ارجع إلى وثائق المعدات الخاصة بالوحدة الرئيسية للحلقة والأدلة ذات الصلة لجمع معلومات حول الخصائص الفيزيائية والمعلمات لكل مكون من مكونات الوحدة الرئيسية للحلقة. قم بتعيين السمات والمعلمات المادية لمكونات الوحدة الرئيسية للحلقة في Maxwell بناء على المعلومات التي تم الحصول عليها ، كما هو مفصل في الجدول 1.
    2. اضبط تيار حمل حقل التيار الدوامي على 630 أمبير بتردد 50 هرتز. في برنامج Maxwell ، حدد جانبا واحدا من الذراعين الصادرة العلوية والسفلية ، وأدخل وحدة الإثارة ، واضبط الحجم الحالي على 630 أمبير. في قسم إعدادات الحل ، اختر تردد 50 هرتز.
      ملاحظة: في الدائرة الموصلة للوحدة الرئيسية الحلقية ، يعرف المسار الذي تشكله جميع المكونات من ذراع المخرج العلوي إلى ذراع المخرج السفلي باسم تسلسل الطور. ومن ثم، في هذه الورقة، ترتب المراحل (أ) و(ب) و(ج) من اليسار إلى اليمين.
    3. يتم عرض المعلمات المادية لمكونات الوحدة الرئيسية للحلقة في الجدول 2.
    4. قم بتوجيه التيار من خلال أذرع الخط الصادر ، والوصلات المرنة ، وقضبان التوصيل ، وقواطع الدائرة ، وقضبان دعم الاتصال الثابتة ، وقضبان التوصيل الفرعية لكل مرحلة. الهدف هو تحقيق مسار حالي يسمح للمكونات بإكمال الحمل.
    5. استخدم شبكة Maxwell التكيفية لإكمال التحكم في الشبكة للنموذج. استخدم طريقة تقسيم الشبكة التكيفية من Maxwell للمكونات الأكبر حجما وصقل الشبكة المحلية للمكونات الداخلية الأصغر.
      ملاحظة: يمكن ل Maxwell تحسين دقة الشبكة باستمرار أثناء عملية الحل ، مما يلغي الحاجة إلى النقر فوق عمليات الشبكة لتقسيم الشبكة الإضافي.
    6. اضبط حجم خطوة الحل. انقر فوق التحليل في شجرة النموذج ، وافتح إعدادات Solve Step ، واضبط الحد الأقصى لعدد التمريرات على 10. احتفظ بالإعدادات الأخرى بقيمها الافتراضية دون إجراء أي تغييرات.
  2. مبدأ حساب حقل إيدي الحالي15,16.
    1. استخدم معادلة ماكسويل الأولى ، التي تصف عمل الشحنة على توليد مجال كهربائي17.
      figure-protocol-4021(1)
      حيث تمثل ρ كثافة الشحنة ؛ ε0 يمثل ثابت العزل الكهربائي للفراغ.
    2. استخدم معادلة ماكسويل الثانية، التي تصف العلاقة بين المجال المغناطيسي المتغير والمجال الكهربائي وتأثير المجال المغناطيسي على حركة الشحنة.
      figure-protocol-4360(2)
      حيث figure-protocol-4459 تمثل شدة المجال المغناطيسي. تصف هذه المعادلة أن المجال المغناطيسي المتغير ينتج مجالا كهربائيا دوامة ، أي أن دوران المجال الكهربائي الدوامي يساوي سالب معدل تغير المجال المغناطيسي مع مرور الوقت.
    3. استخدم معادلة ماكسويل الثالثة ، التي تصف تأثير الشحنة المغناطيسية على إنتاج المجال المغناطيسي.
      figure-protocol-4850(3)
      تصف هذه المعادلة المجال المغناطيسي الناتج عن شحنة مغناطيسية بأنه سلبي ، أي أنه لا توجد أقطاب أحادية في المجال المغناطيسي.
    4. استخدم معادلة ماكسويل الرابعة، التي تصف العلاقة بين مجال كهربي متغير ومجال مغناطيسي وتأثير تيار كهربي على مجال مغناطيسي.
      figure-protocol-5202(4)
      حيث figure-protocol-5301 يمثل كثافة التيار و μ0 يمثل نفاذية الفراغ. تصف هذه المعادلة أن المجال الكهربائي المتغير ينتج مجالا مغناطيسيا دوامة ، أي أن دوران المجال المغناطيسي الدوامي يساوي مجموع كثافة التيار ومعدل تغير المجال الكهربائي مع مرور الوقت.
    5. بناء على المعادلات المذكورة أعلاه ، استخدم Maxwell 3D باستخدام وحدة حل التيار Eddy لحل الخسارة الأومية الناتجة عن الدائرة الموصلة في RMU ، والتي توفر مصدرا للحرارة لتحليل المحاكاة الحرارية اللاحقة. يعطى تعبيرها الرياضيك 18
      figure-protocol-5894(5)
      حيث يشير σ إلى موصلية مادة الحلقة الموصلة ؛ J هي كثافة التيار في الملف.
  3. نتائج الحساب
    1. انقر فوق خيار Maxwell 3D في الواجهة وافتح التحقق من الصحة لمراجعة جميع الإعدادات بحثا عن الأخطاء. إذا لم تكن هناك أخطاء ، فتابع النقر فوق تحليل الكل لبدء عملية الحل.
    2. استخدم حاسبة المعالجة اللاحقة لماكسويل لحساب ورسم الخسائر الأومية في مجال تيار إيدي للوحدة الرئيسية للحلقة ، كما هو موضح في الجدول 3.

3. حل مجال درجة الحرارة

ملاحظة: لأغراض المقارنة ، قسم حقل درجة الحرارة إلى Icepak والحالة الحرارية المستقرة. قم بإعداد وحل كل منها على حدة لتحقيق تحليل مقارن.

  1. إعداد نموذج Icepak
    1. اضبط خصائص المواد على النحو التالي: قم بتعيين جميع المواد الصلبة للدائرة على أنها Cu-Pure ، مع الأسطح باستخدام سطح مصقول Cu. بالنسبة لمكونات اللوحة ، حدد مادة Aluminum6061-T6 ، مع طلاء سطح سطح Paint-AL بانبعاثية 0.35. انظر الجدول 4 للحصول على التفاصيل. انقر بزر الماوس الأيمن فوق المكون المحدد ، وانقر فوق تحرير ثم انتقل إلى خصائص لتعيين المادة لكل من السطح والمواد الصلبة.
    2. حدد النموذج وانقر فوق تعيين في قائمة تحرير ، ثم اختر مستوى الشبكات متعدد المستويات لضبط إعدادات الشبكة. اضبط الخزانة الخارجية على مستوى شبكة 2 ، وجميع الحدود على مستوى شبكة 2. بالنسبة لجميع المكونات الأخرى ، اضبط مستوى الشبكة على 3. أخيرا ، افتح عنصر تحكم الشبكة وانقر فوق إنشاء لإنشاء الشبكة.
    3. لضمان دقة وكفاءة المحاكاة بغض النظر عن حجم الشبكة ، من الضروري التحقق من استقلال الشبكة. استيراد النموذج الهندسي لحاوية مجال درجة الحرارة ، التي تم إنشاؤها باستخدام برنامج التصميم للتشابك.
    4. كما هو موضح في الشكل 2 ، فإن منحنيات الاستقطاب لمجموعات الشبكات الأربع محاذاة جيدا. عند جهد عمل يبلغ 0.5 فولت ، تكون الكثافة الحالية لمجموعات الشبكة الأربع 2.357 أمبير / سم2 و 2.358 أمبير / سم2 و 2.356 أمبير / سم2 و 2.454 أمبير / سم2 ، على التوالي ، مع وجود خطأ بين الكثافة القصوى والحالية أقل من 1٪. لتحقيق التوازن بين الكفاءة والدقة ، حدد حجم الشبكة الذي أصبح 987924.
  2. إعداد الحل
    1. اضبط اتجاهات خزانة مجال الحل على فتح.
    2. في البرنامج، حدد خطوة المشكلة. ضمن المعلمات الأساسية ، تحقق من نموذج الإشعاع من سطح إلى سطح ، واختر معادلة صفرية لنظام التدفق المضطرب ، وحدد خيار الجاذبية للحمل الحراري الطبيعي ، واضبط درجة الحرارة المحيطة على 20 درجة مئوية.
    3. في إعدادات الملف، اختر الفقد الحجمي للحرارة لتعيين EM وحدد كل الكائنات المعروضة لإكمال إعدادات الفقد.
  3. حساب مجال درجة الحرارة
    1. في icepak ، قم بتطبيق ثلاث معادلات رئيسية لحفظ الطاقة: معادلة حفظ الكتلة ، ومعادلة الحفاظ على الزخم ، ومعادلة الحفاظ على الطاقة. على وجه التحديد ، استخدم معادلة الحفاظ على الزخم ، وهي كما يلي19:
      figure-protocol-9033(6)
      معادلة الحفاظ على الطاقة:
      figure-protocol-9157(7)
      معادلات حفظ الكتلة:
      figure-protocol-9275(8)
      معادلة نقل الطاقة لنقل الحرارة من مصدر حرارة صلب:
      figure-protocol-9424(9)
      ρ يمثل كثافة السائل ؛ v يمثل متجه سرعة التدفق ؛ T يمثل درجة الحرارة. p هو الضغط. τ هي القوة اللزجة على سطح المستقلب الدقيق ؛ κ هو معامل انتقال الحرارة ؛ Shهو مصدر حرارة الجسم. h هو المحتوى الحراري المحدد للسائل و F هي قوة جسم المستقلب الدقيق.
      ملاحظة: تظهر نتائج حسابات مجال درجة الحرارة في الشكل 3A والشكل 4A.
  4. إعداد النموذج الحراري للحالة المستقرة
    1. الحفاظ على خصائص المواد كما هو موضح في الجدول 3 في إعدادات المواد. قم بتوليد الخسائر الأومية الناتجة عن تحليل محاكاة مجال التيار الدوامي في الوحدة الحرارية للحالة المستقرة بالنقر فوق توليد الحمل الحراري .
    2. انقر فوق قيمة درجة حرارة الحمل الحراري واضبطها على 20 درجة مئوية ، مع معامل حمل حراري يبلغ 5 (W / m² °C) مطبق على الجدران الداخلية للخزانة والمكونات والخزانة الخارجية. تطبيق الإعدادات وإنشاء. اضبط الإخراج لحل درجة الحرارة بالنقر فوق حل > نتائج الإخراج.
      ملاحظة: عادة ما يتم اشتقاق مجال درجة الحرارة الرئيسي الذي يحكم المعادلات في حساب مجال درجة الحرارة الحرارية المستقرة20،21،22 من قانون التوصيل الحراري (قانون فورييه للتوصيل الحراري). في الحالة أحادية البعد ، يمكن التعبير عن معادلة نقل حرارة مجال درجة الحرارةعلى النحو التالي 20:
      figure-protocol-10952(10)
      في هذه المعادلة ، يمثل T درجة الحرارة داخل الجسم ، و t هو الوقت ، و x هو الإحداثيات المكانية ، و α هو الانتشار الحراري. تصف هذه المعادلة تغير درجة الحرارة فيما يتعلق بالزمان والمكان ، حيث يعبر الجانب الأيمن عن العلاقة بين معدل التوصيل الحراري وتدرج درجة الحرارة. في سيناريو ثلاثي الأبعاد أكثر عمومية ، يمكن التعبير عن معادلة التوصيل الحراري لمجال درجة الحرارة بالشكل التالي:
      figure-protocol-11463(11)
      ρ يمثل كثافة الجسم ، c هي السعة الحرارية المحددة ، K هي الموصلية الحرارية و Q هو مصطلح مصدر الحرارة داخل الحجم. تصف هذه المعادلة تغير مجال درجة الحرارة ، متأثرا بالتوصيل الحراري ومصادر الحرارة والسعة الحرارية.
    3. نتائج حساب مجال درجة الحرارة موضحة في الشكل 3. قارن قيم درجة الحرارة الملخصة في الجدول 5 والجدول 6.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

النتائج

واستنادا إلى البيانات الواردة في الجدول 3، يمكن استخلاص الاستنتاجات التالية: الخسائر الإجمالية للمراحل A و B و C متشابهة نسبيا. على وجه التحديد ، يبلغ إجمالي الخسائر للمرحلة A 16.063 واط / متر مكعب ، والمرحلة B هي 16.12 واط / متر مكعب ، والمرحلة C هي 19.57 واط / متر مكعب. قد تكو...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

هذه الورقة عبارة عن تحليل محاكاة مقارن لارتفاع درجة حرارة الخزانة الحلقية بناء على برنامج النمذجة الهندسية وبرامج العناصر المحدودة ، ويتم تحليل الحل الأنسب لحالة ارتفاع درجة الحرارة الفعلية بواسطة وحدتين من وحدات حل مجال درجة حرارة العناصر المحدودة. توصف الإدارة الحر?...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

ليس لدى المؤلفين أي مصالح متضاربة.

Acknowledgements

يشكر المؤلفون السيد وو و MS Sun والسيد وانغ والسيد مو والسيد لي على مساعدتهم. تم دعم هذه الدراسة من قبل مؤسسة علوم ما بعد الدكتوراه الصينية (2022M721604) ومبرمج معالجة العلوم والتكنولوجيا الرئيسي في Wenzhou (ZG2023015).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
Air//Conventional gases
Aluminum//Alloy Materials
Copper//Alloy Materials
IcepakANSYS companyANSYS 2021R1A CFD thermal simulation software
PC hosting/12th Generation Intel(R) Core(TM) i5-13500F CPUHost computer equipment
SolidWorksSubsidiary of Dassault SystemesSolidWorks2021An engineering software drawing tool
Steady-state thermalANSYS companyANSYS 2021R1A thermal simulation solution tool

References

  1. Xia, H., et al. Temperature rise test and analysis of high current switchgear in distribution system. J Engg. , 754-757 (2019).
  2. Polykrati, A. D., Karagiannopoulos, C. G., Bourkas, P. D. Thermal effect on electric power network components under short-circuit currents. Electric Power Syst Res. 72 (3), 261-267 (2004).
  3. Guan, X., Shu, N., Kang, B., Zou, M. Multiphysics analysis of plug-in connector under steady and short circuit conditions. IEEE Trans Comp Packag Manu Technol. 5 (3), 320-327 (2015).
  4. Wang, L., Wang, R., Li, X., Jia, S. Simulation analysis on the impact of different filling gases on the temperature rise of C-GIS. IEEE Trans Comp Packag Manu Technol. 9 (10), 2055-2065 (2019).
  5. Mueller, A., et al. Numerical design and optimization of a novel heatsink using ANSYS steady-state thermal analysis. 2020 27th International Workshop on Electric Drives: MPEI Department of Electric Drives 90th Anniversary (IWED. , 1-5 (2020).
  6. Wang, Y., Yan, J., Yang, Z., Zhao, Y., Liu, T. Optimizing GIS partial discharge pattern recognition in the ubiquitous power internet of things context: A MiNET deep learning model). Int J Electrical Power Energy Sys. 125, 106484(2021).
  7. Lei, J., et al. A 3-D steady-state analysis of thermal behavior in. EHV GIS Busbar. J Electr Engg Tech. 11 (3), 781-789 (2016).
  8. Ouerdani, Y., et al. Temperature rise simulation model of RMU with switchfuse combinations for future load profiles. CIRED 2021 - The 26th International Conference and Exhibition on Electricity Distribution. , 360-364 (2021).
  9. Zheng, W., Jia, X., Zhou, Z., Yang, J., Wang, Q. Multi-physical field coupling simulation and thermal design of 10 kV-KYN28A high-current switchgear. Thermal Sci Engg Prog. 43, 101954(2021).
  10. Wang, L., et al. Electromagnetic-thermal-flow field coupling simulation of 12-kV medium-voltage switchgear. IEEE Trans Comp Packag Manufact Technol. 6 (8), 1208-1220 (2016).
  11. Zhu, Y., et al. Thermal analysis and design of GaN device of energy storage converter based on Icepak. 2022 4th International Conference on Smart Power & Internet Energy Systems (SPIES. , 762-767 (2022).
  12. Ye Mao, Thermal simulation of high-current switch cabinet based on Icepak). Electr Ener Mgmt Technol. , 1-7 (2018).
  13. Zhang, S. Evaluation of thermal transient and overload capability of high-voltage bushings with ATP. IEEE Trans Power Delivery. 24 (3), 1295-1301 (2009).
  14. Ghahfarokhi, P. S., et al. Steady-state thermal model of a synchronous reluctance motor. 2018 IEEE 59th International Scientific Conference on Power and Electrical Engineering of Riga Technical University (RTUCON. , 1-5 (2018).
  15. Şeker, E. A., Çelik, B., Yildirim, D., Sakaci, E. A., Deniz, A. Temperature field and power loss calculation with coupled simulations for a medium-voltage simplified switchgear). Electrica. 23 (1), 107-120 (2021).
  16. Ruibo, Y., et al. Research and application of temperature load of switchgear. J Physics: Conf Series. 2378 (2022), (2022).
  17. Sheikholeslami, M., Khalili, Z. Simulation for impact of nanofluid spectral splitter on efficiency of concentrated solar photovoltaic thermal system. Sust Cities Soc. 101, 105139(2024).
  18. Sheikholeslami, M., Khalili, Z., Scardi, P., Ataollahi, N. Environmental and energy assessment of photovoltaic-thermal system combined with a reflector supported by nanofluid filter and a sustainable thermoelectric generator. J Cleaner Prod. 438, (2024).
  19. Sheikholeslami, M., Khalili, Z. Solar photovoltaic-thermal system with novel design of tube containing eco-friendly nanofluid. Renewable Ener. , 222(2024).
  20. Sheikholeslami, M., Khalili, Z. Environmental and energy analysis for photovoltaic-thermoelectric solar unit in existence of nanofluid cooling reporting CO2 emission reduction. J Taiwan Inst Chem Eng. 156, 105341(2024).
  21. Zhao, L., et al. Research on the temperature rise characteristics of medium-voltage switchgear under different operation conditions. IEEJ Trans Elect Electr Engg. 17 (5), 654-664 (2022).
  22. Fjeld, E., Rondeel, W., Vaagsaether, K., Attar, E. Influence of heat source location on air temperatures in sealed MV switchgear. CIRED - 24th International Conference on Electricity Distribution. , 1-5 (2017).
  23. Icoz, T., Arik, M. Light weight high performance thermal management with advanced heat sinks and extended surfaces. IEEE Trans Comp Pack Technol. 33 (1), 161-166 (2010).
  24. Steiner, T. R. High temperature steady-state experiment for computational radiative heat transfer validation using COMSOL. and ANSYS. Results Engg. 13, 100354(2022).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

RMU

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Contact Us

Recommend to library

JoVE NEWSLETTERS

Research

Education

Authors

Librarians

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved