JoVE Logo

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
  • תוצאות
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

מאמר זה מטפל בבעיית עליית הטמפרטורה של היחידה הראשית הטבעתית על ידי הקמת מודל פשוט וביצוע ניתוח השוואתי בשני מודולים לפתרון שדות טמפרטורה.

Abstract

היחידה הראשית הטבעתית (RMU) היא התקן קריטי במערכות חלוקת חשמל המשמש לחיבור והפצה של חשמל. עם זאת, בשל המבנה הפנימי הקומפקטי שלה ועומס זרם גבוה, בעיות פיזור חום בולטות במיוחד. כדי להתמודד עם בעיה זו, מחקר זה מציע באופן חדשני מודל RMU פשוט, תוך שימוש בשיטות סימולציה של אלמנטים סופיים כדי לפתור במדויק את ההפסדים האוהמיים של מוליכים בתנאי הפעלה בפועל ולקבל נתוני הפסד אוהמי עבור רכיבים שונים. זוהי החקירה המעמיקה הראשונה של בעיית עליית הטמפרטורה של RMU באמצעות גישה מקיפה כזו. לאחר מכן, שדה הטמפרטורה נפתר באמצעות שני מודולים שונים של ניתוח שדה טמפרטורה, עם השוואה מפורטת וניתוח של תוצאות הסימולציה כדי לזהות דמיון, הבדלים ומגמות בהתפלגות הטמפרטורה. התוצאות מצביעות על כך שמודל פתרון שדה הטמפרטורה, המתחשב בהעברת חום קונבקטיבית, מדויק יותר ומיישר קו עם תנאי ההפעלה בפועל. מחקר זה מספק גישה חדשנית ופתרונות מעשיים לתכנון ואופטימיזציה של RMUs. מחקר עתידי יכול להמשיך לחקור שיטות ניתוח צימוד רב-פיזיקליות כדי לטפל בבעיות תכנון מבני ותיקוף חובה עבור RMUs מתח גבוה ואולטרה גבוה וציוד חשמלי אחר, ובכך לספק תובנות חשובות לתכנון הנדסי.

Introduction

היחידה הראשית של הטבעת היא קבוצה של ציוד מיתוג מתח גבוה המותקן בארון מתכת מפלדה או עשוי מיחידת אספקת חשמל של רשת טבעת במרווחים מורכבים של ציוד חשמלי. המבנה הכולל של מתג העומס והמעגל המוליך מורכב מהמעגל המוליך, הכולל מספר רכיבים המרכיבים את הליבה העיקרית של יחידת הטבעת. עם זאת, בשל המבנה הפנימי הקומפקטי שלה, היחידה הראשית הטבעתית מתמודדת עם אתגרים בפיזור חום. זה יכול להוביל לעיוות תרמי והזדקנות בעת הפעלה לפרקי זמן ממושכים בסביבות טמפרטורה גבוהה. בעיות אלה משפיעות לא רק על חיי השירות של היחידה אלא גם על תכונות הבידוד שלה, ומהוות סיכונים בטיחותיים. בפרט, נזק לציוד ותאונות חשמל הופכים סבירים יותר, ומהווים סיכונים בטיחותיים משמעותיים.

בתחומי מחקר שונים, חוקרים ערכו סדרה של מחקרים על עליית הטמפרטורה של מתגי קו עילי וניתחו גורמים שונים המשפיעים על התפלגות הטמפרטורה1. ב- Polykrati et al.2 מוצג מודל מתמטי להערכת עליית הטמפרטורה של רכיבים המותקנים ברשת ההפצה במהלך תקלת קצר חשמלי. המודל יושם על מתגי הניתוק הנפוצים של הרשת, ומאפייני התוצאות שורטטו על פי הצורות השונות של החלק הא-סימטרי של צורת הגל של זרם הקצר והערך ההתחלתי של רכיב זרם DC בקצר חשמלי. גואן ועמיתיו, לעומת זאת, לקחו בחשבון את התנגדות המגע והדחייה האלקטרומגנטית על ידי בניית גשר מגע שווה ערך להדמיית ממשק המגע וניתחו עוד יותר את שדה הצימוד האלקטרומגנטי-תרמי ואת ניסוי עליית הטמפרטורה3. בנוסף, החוקרים חקרו את שדה הטמפרטורה ואת התפלגות הלחץ התרמית של המגעים הדינמיים והסטטיים בתוך היחידה הראשית הטבעתית על ידי סימולציית אלמנטים סופיים, שסיפקה בסיס לחקר חיי מפסק4. לבסוף, מולר ועמיתיו התמקדו במאפיינים הגיאומטריים של צלעות קירור והעריכו את ההשפעות של בחירת חומרים, שטח פנים כולל, אחידות טמפרטורה וטמפרטורת פני שטח מקסימלית על ביצועים תרמיים5. מחקרים אלה מספקים תובנות ושיטות יקרות ערך לשיפור הביצועים והאמינות של ציוד המתגים, הפחתת עליית הטמפרטורה והארכת חיי הציוד. וואנג ועמיתיו הציעו מודל למידה עמוקה של MiNET (MDLM) בסביבת UPIOT במטרה לזהות אבחון תקלות של ארונות טבעות חשמליים, שאומת כבעל דיוק זיהוי של 99.1%, שהוא גבוה משמעותית מזה של שיטות אחרות6. Lei et al. חקרו את הביצועים התרמיים של פסי צבירה GIS במצב יציב באמצעות שיטת ניתוח צימוד מגנטו-נוזל-תרמי, ובכך ייעלו את המוליך ואת קוטר המיכל בהתבסס על תוצאות סימולציית עליית הטמפרטורה7. Ouerdani et al. השתמשו במודל סימולציית עליית הטמפרטורה של RMU כדי לקבוע את עליית הטמפרטורה במקומות קריטיים בתוכו, ובכך לקבוע את משך העומס המרבי עבור הרכיבים בתוך ה- RMU בהתאם8. Zheng et al. תיארו פס צבירה מלבני קונבנציונלי במודל של מתגים בזרם גבוה על ידי בניית מודל דו-ממדי ויישום שיטת האלמנטים הסופיים (FEM) לחישובי שדה אלקטרומגנטי. זה איפשר להם להשיג את התפלגות מוליך האוטובוס, צפיפות זרם ואובדן חשמל. פס צבירה לא סדיר תוכנן לאחר התחשבות בהשפעות אפקט הקרבה ואפקט העור. עיצוב פסי צבירה לא סדיר זה שיפר את הביצועים של פסי צבירה מלבניים קונבנציונליים9.

באשר להיבט של השימוש בסימולציית הקרח, וואנג ועמיתיו ביצעו סימולציית עליית טמפרטורה באמצעות שדה מערבולת, שדה זרימת אוויר ותאוריות שדה טמפרטורה ומצאו כי עליית הטמפרטורה של היחידה הראשית הטבעתית הייתה חמורה יותר תחת הסעה טבעית. הם הפחיתו בהצלחה את רמת עליית הטמפרטורה על ידי הוספת קירור אוויר מאולץ וביצוע שיפורים במבנה המגע הפנימי10. Zhu et al.11 השתמשו icepak כדי לדמות מודל תרמי על מנת להשוות את ההשפעה של נוכחות vias תרמי על PCB ואת נוכחותם של צלעות קירור על הטמפרטורה של מכשירי כוח. לבסוף, הניתוח התיאורטי מושווה עם תוצאות הסימולציה כדי לאמת את נכונות הניתוח התיאורטי. Mao et al.12 חקרו את הטמפרטורה ואת פיזור זרימת האוויר הפנימית בתנאי הפעלה בקיץ על ידי סימולציה תרמית המבוססת על תוכנת CAE בסימולציית icepak. הבעיה כיצד לשפר את יעילות הקירור ולשלוט בעליית הטמפרטורה של מגעים מצופים כסף מרובים נתונה, וקווי המתאר של הטמפרטורה וזרימת האוויר הפנימית שנלכדו בסימולציה יניחו את הבסיס לתכנון ערכת הקירור עבור ששת המגעים המצופים כסף המותקנים ביחידת האיטום. לעומת זאת, בשימוש במודול תרמי במצב יציב, שיטות דוגמנות Zhang13 נדונות לפתרון הרשת התרמית של שיחים בלחץ גבוה באמצעות הליך ארעי חלופי. תוצאות הבדיקה והסימולציה תואמות היטב את המצב התרמי היציב ואת המצבים הארעיים של השיח. התוצאות הארעיות משמשות לאחר מכן להערכת קיבולת עומס היתר של השיח. Vaimann et al.14 פיתחו וניתחו מודל תרמי אנליטי של מנוע רתיעה סינכרוני לחיזוי הטמפרטורה של מרכיביו השונים והרשת התרמית הכוללת של הפרמטרים.

עם ההתקדמות המתמדת של המחקר על ציוד חשמלי כגון יחידות ראשיות טבעתיות, בדיקות עליית טמפרטורה קונבנציונליות, ושיטות ייצור הם יחסית לא יעילים. לכן, על ידי שימוש בטכנולוגיית אלמנטים סופיים בשילוב עם בדיקות לא מקוונות, לא רק בעיות עלות התכנון מטופלות, אלא ניתן לבצע התאמות ואופטימיזציות באופן מיידי לבעיות בעולם האמיתי בהתבסס על סימולציות. בהתבסס על התקדמות המחקר שהוזכרה לעיל, השימוש ב- ANSYS Icepak ובצימוד תרמי במצב יציב לניתוח השוואתי מוזכר לעתים רחוקות. לכן, הפרוטוקול מתאר את מחקר המנגנונים של אלמנטים סופיים, משתמש בשילובים נומריים ומורפולוגיים כדי לבסס מודל סימולציה של עליית טמפרטורה של אלמנט סופי עבור המארז, ודן במודל סימולציית עליית הטמפרטורה של אלמנט סופי בהתבסס על התוצאות של שני המודולים האנליטיים על ידי השוואת התוצאות של שני מודולי הסימולציה. באמצעות ההשוואה בין שני מודולי הסימולציה, נקבל את המאפיינים של מגמת עליית הטמפרטורה של היחידה הראשית הטבעתית ונמצא את השיטה המתאימה ביותר כדי לספק את הבסיס הדרוש ורעיונות מחקר לאסטרטגיה למיתון עליית הטמפרטורה של היחידה הראשית הטבעתית.

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

Protocol

1. מודל

הערה: בשל המבנה המורכב של היחידה הראשית הטבעתית (איור 1A), נבחרה תוכנת עיצוב מקוונת כדי לפשט את פעולת היחידה הראשית הטבעתית.

  1. פישוט מודלים
    1. לפשט חלקית את הדגם, תוך שמירה על קטע תיבת האוויר של ה- RMU תוך הסרה או פישוט של רכיבים אחרים כגון פירי בידוד, ברגי הידוק, אומים, רכיבי איטום וסוגרי תמיכה בלחץ. הגרסה הפשוטה מוצגת ב- (איור 1B).
      1. בתהליך פישוט היחידה הראשית של טבעת מסוג 630A, הסר את הפיר המבודד המחבר את חדר המפסק עם תיבת המכשירים וברגים ואומים קבועים רבים. הוציאו את חלקי האיטום ואת תושבת שמירת הלחץ וחברו את המגעים הסטטיים של הקרן הסטטית המבודדת עם פס הצבירה התחתון תחת ההנחה להבטיח שלכל המערך יש אותו זרם מוליך ורק מפסק הוואקום, לוח קיבוע המפסק, המגעים הסטטיים ומפסק הוואקום נשמרים.
      2. שמור רק על מפסק הוואקום, לוח קיבוע המפסק, המגע הסטטי ולוח חסימת מפסק הוואקום. באופן כללי, הסירו ברגים ואטמים מהדגם, מלאו את החורים לאחר הסרת הברגים במוצקים, הפחיתו את מספר חלקי הרשת ומטבו את הצורות הלא סדירות של החלקים. הסר מכשירים להפעלת לוח, לוחות הרכבה, סוגריים וחלקי הפעלה אחרים, כגון תיבות מכשירים, שאין להם השפעה על תהליך הדמיית עליית הטמפרטורה.
      3. ניתן להתעלם מהמעטפת המבודדת של רכיבים מסוימים תחת סימולציה מכיוון שיש להם השפעה מועטה על תוצאות הסימולציה. בנוסף, מתגי הארקה שאין להם השפעה על השימוש בציוד במהלך פעולה רגילה מסירים אותם, ושומרים על מקום המפסק לסימולציה.
    2. כדי למחוק כל מקטע, פשוט בחר אותו ולחץ על למחוק אופציה.

2. פתרון שדה אדי

  1. הגדרות עיבוד מראש
    הערה: אמולציית שדה זרם אדי היא הבסיס לביצוע פתרון שדה הטמפרטורה, הדורש ניתוח עוקב של מקור החום הפתור, כעומס על שדה הטמפרטורה.
    1. עיין בתיעוד הציוד של היחידה הראשית הטבעתית ובמדריכים הרלוונטיים כדי לאסוף מידע על התכונות והפרמטרים הפיזיים של כל רכיב ביחידה הראשית הטבעתית. הגדר את התכונות והפרמטרים הפיזיים של רכיבי היחידה הראשית הטבעתית במקסוול בהתבסס על המידע המתקבל, כמפורט בטבלה 1.
    2. הגדר את זרם העומס של שדה הערבולת על 630 אמפר בתדר של 50 הרץ. בתוכנת Maxwell, בחר צד אחד של הזרועות היוצאות העליונות והתחתונות, הזן את מודול העירור והגדר את הגודל הנוכחי ל- 630 A. במקטע הגדרות פתרון, בחר תדר של 50 הרץ.
      הערה: במעגל מוליך של יחידה ראשית טבעתית, המסלול שנוצר על ידי כל הרכיבים מזרוע היציאה העליונה לזרוע היציאה התחתונה ידוע כרצף פאזות. לכן, במאמר זה, השלבים A, B ו-C מסודרים משמאל לימין.
    3. הפרמטרים החומריים של רכיבי היחידה הראשית הטבעתית מוצגים בטבלה 2.
    4. כוון את הזרם דרך זרועות הקו היוצא, חיבורים גמישים, פסי צבירה, מפסקים, פסי צבירה לתמיכה במגע סטטי וסרגלי צבירה ענפיים לכל שלב. המטרה היא לממש נתיב נוכחי המאפשר לרכיבים להשלים את העומס.
    5. השתמש ברשת ההתאמה של Maxwell כדי להשלים את בקרת הרשת עבור הדגם. השתמשו בשיטת Maxwell adaptive mesh partitioning לרכיבים גדולים יותר ובעידון רשת שינוי מקומית לרכיבים פנימיים קטנים יותר.
      הערה: Maxwell יכולה לשפר ללא הרף את דיוק הרשת במהלך תהליך הפתרון, ולבטל את הצורך ללחוץ על Mesh Operations לחלוקת רשת שינוי נוספת.
    6. הגדר את גודל שלב הפתרון. לחץ על ניתוח בעץ הדגם, פתח את הגדרות שלב הפתור, והגדר את מספר המעברים המרבי ל- 10. שמור הגדרות אחרות בערכי ברירת המחדל שלהן מבלי לבצע שינויים.
  2. עקרון אדי חישוב שדה נוכחי15,16.
    1. השתמש במשוואה הראשונה של מקסוול, המתארת את פעולת המטען על יצירת שדה חשמלי17.
      figure-protocol-3594(1)
      כאשר ρ מייצג את צפיפות המטען; ε0 מייצג את הקבוע הדיאלקטרי של הריק.
    2. השתמש במשוואה השנייה של מקסוול, המתארת את הקשר בין שדה מגנטי משתנה לשדה חשמלי לבין השפעת שדה מגנטי על תנועת מטען.
      figure-protocol-3913(2)
      כאשר figure-protocol-4013 מייצג את עוצמת השדה המגנטי. משוואה זו מתארת כי שדה מגנטי משתנה מייצר שדה חשמלי מערבולת, כלומר, הספין של השדה החשמלי של המערבולת שווה לשלילי של קצב השינוי של השדה המגנטי עם הזמן.
    3. השתמש במשוואה השלישית של מקסוול, המתארת את השפעת המטען המגנטי על ייצור שדה מגנטי.
      figure-protocol-4376(3)
      משוואה זו מתארת את השדה המגנטי הנוצר על ידי מטען מגנטי כפסיבי, כלומר אין מונופולים בשדה המגנטי.
    4. השתמש במשוואה הרביעית של מקסוול, המתארת את הקשר בין שדה חשמלי משתנה לשדה מגנטי ואת השפעת זרם חשמלי על שדה מגנטי.
      figure-protocol-4694(4)
      כאשר figure-protocol-4794 מייצג את צפיפות הזרם ו- μ0 מייצג את חדירות הריק. משוואה זו מתארת כי שדה חשמלי משתנה מייצר שדה מגנטי של מערבולת, כלומר, הספין של השדה המגנטי של המערבולת שווה לסכום צפיפות הזרם וקצב השינוי של השדה החשמלי עם הזמן.
    5. בהתבסס על המשוואות לעיל, השתמש ב- Maxwell 3D באמצעות מודול פותר זרם אדי כדי לפתור את ההפסד האומי שנוצר על ידי המעגל המוליך ב- RMU, המספק מקור חום לניתוח הסימולציה התרמית שלאחר מכן. הביטוי המתמטי שלה ניתןכ-18
      figure-protocol-5360(5)
      כאשר σ מציין את המוליכות של חומר הלולאה המוליך; J היא צפיפות הזרם בלולאה.
  3. תוצאות החישוב
    1. לחץ על האפשרות Maxwell 3D בממשק ופתח את בדיקת האימות כדי לבדוק את כל ההגדרות עבור שגיאות. אם אין שגיאות, המשך ללחוץ על נתח הכל כדי להתחיל את תהליך הפתרון.
    2. השתמש במחשבון שלאחר העיבוד של מקסוול כדי לחשב ולשרטט את ההפסדים האוהמיים בשדה זרם אדי של היחידה הראשית הטבעתית, כפי שמוצג בטבלה 3.

3. פתרון שדה טמפרטורה

הערה: למטרות השוואה, חלק את שדה הטמפרטורה ל- Icepak ו- steady state thermal. הגדר ופתור כל אחד מהם בנפרד כדי להשיג ניתוח השוואתי.

  1. הגדרת דגם Icepak
    1. הגדר את תכונות החומר באופן הבא: ייעד את כל החומרים המוצקים במעגל כ- Cu-Pure, עם משטחים המשתמשים במשטח מלוטש Cu. עבור רכיבי הלוח, בחר חומר אלומיניום6061-T6 , עם ציפוי משטח של משטח Paint-AL עם פליטות של 0.35. ראו טבלה 4 לפרטים. לחץ לחיצה ימנית על הרכיב שנבחר, לחץ על ערוך ולאחר מכן עבור אל מאפיינים כדי להגדיר את החומר הן עבור פני השטח והן עבור חומרים מוצקים.
    2. בחרו בדגם ולחצו על 'קבע' בתפריט 'עריכה', ולאחר מכן בחרו 'רמת רשת רשת רב-שכבתית ' להתאמת קביעות רשת השינוי. קבעו את הארון החיצוני לרמת רשת של 2, ואת כל הגבולות לרמת רשת של 2. לכל שאר הרכיבים, קבעו את רמת רשת השינוי על 3. לבסוף, פתחו את 'רשת שינוי' ולחצו על 'צור' ליצירת רשת השינוי.
    3. כדי להבטיח את הדיוק והיעילות של הסימולציה ללא קשר לגודל הרשת, יש צורך באימות עצמאות הרשת. ייבא את המודל הגיאומטרי של מארז שדה הטמפרטורה, שהוקם באמצעות תוכנת העיצוב לרשת.
    4. כפי שמתואר באיור 2, עקומות הקיטוב של ארבע קבוצות הרשת מיושרות היטב. במתח עבודה של 0.5 וולט, צפיפות הזרם עבור ארבע מערכות הרשת היא 2.357 A/cm2, 2.358 A/cm2, 2.356 A/cm2 ו-2.454 A/cm2, בהתאמה, כאשר השגיאה בין צפיפות המקסימום לצפיפות הנוכחית היא פחות מ-1%. כדי לאזן יעילות ודיוק, קבע את גודל הרשת שמגיע להיות 987924.
  2. הגדרת הפתרון
    1. הגדר את ההוראות של ארון תחום הפתרון לפתיחה.
    2. בתוכנה, בחר שלב בעיה. תחת פרמטרים בסיסיים, בדוק את מודל קרינת פני השטח אל פני השטח, בחר משוואת אפס עבור משטר זרימה טורבולנטית, בחר באפשרות כבידה עבור הסעה טבעית והגדר את טמפרטורת הסביבה ל- 20 ° C.
    3. בהגדרות הקובץ, בחר הפסדי חום נפחיים עבור מיפוי EM ובחר כל האובייקטים המוצגים כדי להשלים את הגדרות האובדן.
  3. חישוב שדה טמפרטורה
    1. ב icepak, להחיל שלוש משוואות שימור עיקריות עבור אנרגיה: משוואת שימור מסה, משוואת שימור תנע, ומשוואת שימור אנרגיה. באופן ספציפי, השתמש במשוואת שימור התנע, שהיא כדלקמן19:
      figure-protocol-8329(6)
      משוואת שימור אנרגיה:
      figure-protocol-8448(7)
      משוואות שימור מסה:
      figure-protocol-8565(8)
      משוואת העברת אנרגיה להעברת חום ממקור חום מוצק:
      figure-protocol-8711(9)
      ρ מייצג את צפיפות הנוזל; v מייצג את וקטור מהירות הזרימה; T מייצג את הטמפרטורה; p הוא הלחץ; τ הוא הכוח הצמיג על פני השטח של מטבוליט מיקרו; κ הוא מקדם העברת החום; Shהוא מקור חום הגוף; h הוא האנתלפיה הספציפית של הנוזל ו-F הוא כוח הגוף של המיקרו-מטבוליט.
      הערה: התוצאות של חישובי שדות הטמפרטורה מוצגות באיור 3A ובאיור 4A.
  4. הגדרת מודל תרמי במצב יציב
    1. שמור על תכונות החומר לפי טבלה 3 בהגדרות החומר. צור את ההפסדים האוהמיים הנובעים מניתוח סימולציית שדה זרם מערבולת במודול התרמי מצב יציב על ידי לחיצה על יצירת עומס תרמי .
    2. לחץ על ערך הטמפרטורה הקונבקטיבית והגדר אותו ל- 20 ° C, עם מקדם הסעה של 5 (W/m²°C) המוחל על הקירות הפנימיים של הארון, הרכיבים והארון החיצוני. החל את ההגדרות וצור. הגדר את הפלט לפתרון עבור טמפרטורה על ידי לחיצה על פתור > תוצאות פלט.
      הערה: שדה הטמפרטורה העיקרי השולט במשוואות בחישוב שדה הטמפרטורה התרמית במצב יציב 20,21,22 נגזר בדרך כלל מחוק הולכת החום (חוק הולכת החום של פורייה). במקרה החד-ממדי, ניתן לבטא את משוואת העברת החום של שדה הטמפרטורה כ-20:
      figure-protocol-10114(10)
      במשוואה זו, T מייצג את הטמפרטורה בתוך האובייקט, t הוא זמן, x הוא קואורדינטות מרחביות, ו- α הוא הדיפוזיביות התרמית. משוואה זו מתארת את השונות של הטמפרטורה ביחס לזמן ולמרחב, כאשר הצד הימני מבטא את הקשר בין קצב הולכת החום לבין שיפוע הטמפרטורה. בתרחיש תלת ממדי כללי יותר, משוואת הולכת החום עבור שדה הטמפרטורה יכולה לבוא לידי ביטוי בצורה הבאה:
      figure-protocol-10589(11)
      ρ מייצג את צפיפות האובייקט, c הוא קיבול החום הספציפי, K הוא המוליכות התרמית ו-Q הוא מונח מקור החום בתוך הנפח. משוואה זו מתארת את השונות של שדה הטמפרטורה, המושפעת מהולכת חום, מקורות חום וקיבול תרמי.
    3. תוצאות חישוב שדה הטמפרטורה מוצגות באיור 3. השווה את ערכי הטמפרטורה המסוכמים בטבלה 5 ובטבלה 6.

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

תוצאות

על סמך הנתונים בטבלה 3 ניתן להסיק את המסקנות הבאות: ההפסדים הכוללים בשלבים A, B ו-C דומים יחסית. באופן ספציפי, סך ההפסדים עבור שלב A הוא 16.063 W/m³, שלב B הוא 16.12 W/m³, ושלב C הוא 19.57 W/m³. המיקומים עם הפסדים גבוהים יותר עשויים להיות בחיבורים של רכיבים שונים. הסיבה העיקרית לכך ה...

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

Discussion

מאמר זה הוא ניתוח סימולציה השוואתי של עליית הטמפרטורה של ארון הטבעות בהתבסס על תוכנת מידול הנדסי ותוכנת אלמנטים סופיים, והפתרון המתאים ביותר למצב עליית הטמפרטורה בפועל מנותח על ידי שני מודולים של פתרון שדה טמפרטורה של אלמנט סופי. ניהול תרמי מתואר גם ב- Icoz23 כ...

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

Disclosures

למחברים אין אינטרסים מנוגדים.

Acknowledgements

המחברים מודים למר וו, גב' סון, מר וואנג, מר מו ומר לי על עזרתם. מחקר זה נתמך על ידי הקרן למדע פוסט-דוקטורט בסין (2022M721604) ומתכנת ההתמודדות עם המדע והטכנולוגיה של וונג'ואו (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

Research

Education

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved