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密集型母線槽熱性能分析(CMC)

2017-7-30  閱讀(987)

密集型母線槽是低壓供電系統(tǒng)中負責(zé)傳輸電能、分配電能的一種設(shè)備,主要用于1000 V及以下的配電系統(tǒng)。近年來被廣泛用于室內(nèi)變電站、高層建筑和工廠廠房,以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電纜進行配電。按結(jié)構(gòu)和工作狀況分,母線槽可以分為空氣絕緣型母線槽、密集型母線槽和耐火型母線槽等兒大類。其密集型母線槽的主要結(jié)構(gòu)特點是將母線用絕緣材料包覆形成絕緣層,密集排列緊貼槽體的側(cè)板。密集型母線槽的溫升及受熱后產(chǎn)生的膨脹變形對其工作性能和可靠性影響較大,因為當母線槽白身溫度上升到一定極限值時,就會加速絕緣老化,甚至破壞絕緣,還有可能產(chǎn)生熱膨脹變形,直接影響密集型母線槽的使用壽命和相關(guān)設(shè)備的安全。國家標準GB 7251母線槽(母線干線系統(tǒng))》規(guī)定,密集型母線槽母排本體及母線槽連接處的溫升不超過60 ℃。而密集型母線槽由于中間沒有空氣的流動,因此對其溫升、散熱及熱膨脹的探討尤為重要。本文以ANSYS軟件為工具,利用問接禍合的方法,計算密集型母線槽的工頻磁場、渦流場,得出焦耳熱;然后將焦耳熱作為熱源,施加到溫度場中,從母線槽內(nèi)部傳導(dǎo)散熱的角度出發(fā),分析計算母線槽的溫升問題,得到了導(dǎo)體及外殼的溫度分布;相應(yīng)地將溫度作為應(yīng)力分析的載荷,計算母線槽的應(yīng)力場,得出其由于熱膨脹引起的變形情況。
以2 000 A密集型母線槽為研究對象,求解了二維工頻磁場,得出了產(chǎn)生的焦耳熱;利用問接耦合方法求解了母線槽內(nèi)部的溫度場、應(yīng)力場,得出了如下兒點結(jié)論:
    (1) 密集型母線槽載流導(dǎo)體所產(chǎn)生的焦耳熱為15 277. 9k}外殼產(chǎn)生的焦耳熱為22 043 9 k}由于外殼的電流是感應(yīng)出來的,因此導(dǎo)體產(chǎn)生的焦耳熱遠大于外殼產(chǎn)生的;
    (2)在環(huán)境溫度為40 ℃時正常工作條件下,密集型母線槽直線段導(dǎo)體上的溫升為30 ℃左右,遠小于允許溫升,N線及PE上的溫度較低;
    ( 3)母線槽外殼上的溫升<20 ℃,溫度高的部分主要集中在側(cè)面。
    ( 4)母線槽由于受熱膨脹而產(chǎn)生的變形微乎其微,但y.方向的變形是x方向的2倍。密集型母線槽是低壓供電系統(tǒng)中負責(zé)傳輸電能、分配電能的一種設(shè)備,主要用于1000 V及以下的配電系統(tǒng)。近年來被廣泛用于室內(nèi)變電站、高層建筑和工廠廠房,以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電纜進行配電。按結(jié)構(gòu)和工作狀況分,母線槽可以分為空氣絕緣型母線槽、密集型母線槽和耐火型母線槽等兒大類。其密集型母線槽的主要結(jié)構(gòu)特點是將母線用絕緣材料包覆形成絕緣層,密集排列緊貼槽體的側(cè)板。密集型母線槽的溫升及受熱后產(chǎn)生的膨脹變形對其工作性能和可靠性影響較大,因為當母線槽白身溫度上升到一定極限值時,就會加速絕緣老化,甚至破壞絕緣,還有可能產(chǎn)生熱膨脹變形,直接影響密集型母線槽的使用壽命和相關(guān)設(shè)備的安全。國家標準GB 7251母線槽(母線干線系統(tǒng))》規(guī)定,密集型母線槽母排本體及母線槽連接處的溫升不超過60 ℃。而密集型母線槽由于中間沒有空氣的流動,因此對其溫升、散熱及熱膨脹的探討尤為重要。本文以ANSYS軟件為工具,利用問接禍合的方法,計算密集型母線槽的工頻磁場、渦流場,得出焦耳熱;然后將焦耳熱作為熱源,施加到溫度場中,從母線槽內(nèi)部傳導(dǎo)散熱的角度出發(fā),分析計算母線槽的溫升問題,得到了導(dǎo)體及外殼的溫度分布;相應(yīng)地將溫度作為應(yīng)力分析的載荷,計算母線槽的應(yīng)力場,得出其由于熱膨脹引起的變形情況。

以2 000 A密集型母線槽為研究對象,求解了二維工頻磁場,得出了產(chǎn)生的焦耳熱;利用問接耦合方法求解了母線槽內(nèi)部的溫度場、應(yīng)力場,得出了如下兒點結(jié)論:
    (1) 密集型母線槽載流導(dǎo)體所產(chǎn)生的焦耳熱為15 277. 9k}外殼產(chǎn)生的焦耳熱為22 043 9 k}由于外殼的電流是感應(yīng)出來的,因此導(dǎo)體產(chǎn)生的焦耳熱遠大于外殼產(chǎn)生的;
    (2)在環(huán)境溫度為40 ℃時正常工作條件下,密集型母線槽直線段導(dǎo)體上的溫升為30 ℃左右,遠小于允許溫升,N線及PE上的溫度較低;
    ( 3)母線槽外殼上的溫升<20 ℃,溫度高的部分主要集中在側(cè)面。
    ( 4)母線槽由于受熱膨脹而產(chǎn)生的變形微乎其微,但y.方向的變形是x方向的2倍。



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