KYN28A-12溫度場(chǎng)部分(ANSOFT仿真)要點(diǎn)

1、某市級(jí)電業(yè)局開關(guān)柜項(xiàng)目匯報(bào)一一溫度場(chǎng)部分（ANSOFT仿真）5溫度場(chǎng)分布柜體的發(fā)熱損耗來源于渦流損耗，這些熱量通過柜體表面的自然對(duì)流換熱和熱輻射兩種方式發(fā)散到周圍環(huán)境。假設(shè)各種材料的熱物性為常數(shù)，不隨材料溫度而改變。則溫度場(chǎng)的控制方程為：ST8（、Q|cp二九+九+九rrSyISy丿SzISTSSt式中p為材料的密度；九、c為材料的導(dǎo)熱系數(shù)和比熱；Q為內(nèi)熱源強(qiáng)度。在母排的外表面上應(yīng)該滿足對(duì)流和輻射邊界條件q-n=k（T-T）+sc（T4一T4）caa上式中Ta是環(huán)境溫度；表示史蒂芬-玻爾茲曼常數(shù)；8表示母排表面的熱發(fā)生率；kc表示母排表面的對(duì)流換熱系數(shù)；q表示熱流密度矢量。5.1 開關(guān)柜的熱穩(wěn)

2、定時(shí)間將渦流場(chǎng)計(jì)算得到的焦耳損耗作為熱源導(dǎo)入，并設(shè)定相應(yīng)的輻射邊界條件，和對(duì)流散熱邊界條件，分別計(jì)算了開關(guān)柜在環(huán)境溫度為30度和40度時(shí)的溫度場(chǎng)。通過對(duì)工作電流為4000時(shí)，1000mm開關(guān)柜的瞬態(tài)溫度場(chǎng)計(jì)算，得出當(dāng)時(shí)間為1200s時(shí)，開關(guān)柜的溫度場(chǎng)分布以及基本穩(wěn)定。TemperatureHC1.10826+0021.0578e+0021.0073B+0029.5689e+0019.06446+0018.-5599e+00105.55e+00155106+0017.0465e+0016.54206+0016.0375e+0015.-53316+0015.0286e+0014.52416+001

3、4.0196e+0013.51-52e+0013.0IB7e+001TemperatureCT=200S時(shí)開關(guān)柜溫度場(chǎng)分布T=1000S時(shí)開關(guān)柜溫度場(chǎng)分布TemperatureCTemperatureCT=1200S時(shí)開關(guān)柜溫度場(chǎng)分布T=3059S時(shí)開關(guān)柜溫度場(chǎng)分布由以上圖可以看出，當(dāng)T=1200S時(shí)，開關(guān)柜的溫度場(chǎng)已經(jīng)基本穩(wěn)定。5.2 母排的溫度場(chǎng)分布母排的焦耳損耗來源于源電流的電阻發(fā)熱損耗和感應(yīng)發(fā)熱，母排的電阻包括載流導(dǎo)體電阻及接觸電阻。此時(shí)應(yīng)注意：（1）集膚效應(yīng)，對(duì)交流電流流過的導(dǎo)體，由于電流產(chǎn)生磁通的作用，在導(dǎo)體截面各部分的地阿媽流密度是不平均的。（2）鄰近效應(yīng)。對(duì)兩個(gè)交流載流導(dǎo)體的并

4、聯(lián)導(dǎo)體，由于一個(gè)導(dǎo)體產(chǎn)生的磁通對(duì)另一個(gè)導(dǎo)體的作用，使其電流密度分布不均勻，從而影響交流電阻及焦耳損耗。計(jì)算母排的發(fā)熱既要考慮渦流損耗又要考慮電流損耗，即11Q=JJ*+2®prH-H*以上各式中丹是復(fù)磁場(chǎng)強(qiáng)度；J是復(fù)電流密度（上標(biāo)“*”表示復(fù)變化）；°是電導(dǎo)率；3是角頻率；卩YY是復(fù)磁導(dǎo)率的虛部，卩二卩r-j卩rr；H是復(fù)磁場(chǎng)強(qiáng)度，E是電場(chǎng)強(qiáng)度。當(dāng)工作電流為1250A、1600A、2000A、3150A、4000A時(shí)，母排和電流互感器溫度場(chǎng)分布分別如圖6圖10所示。母排與斷路器開關(guān)接觸部分由于接觸電阻造成的損耗較大，溫度較高。當(dāng)工作電流小于2000A時(shí)，母排溫升較小，平均溫

5、升小于15度。當(dāng)工作電流達(dá)到3150A以上時(shí)，母排溫升急劇增大,當(dāng)工作電流為4000A時(shí)，母排平均溫度超過70度，觸點(diǎn)位置溫度接近100度。TemperatureC5.0526e+001 4.7961e+0014.6678e+0014.5395e+0014.4112e+001U,2829e+0014.15466+0014.02636+0013.8980e+001'3.7697e+0013.6415e+0013.5132e+0013. 3849e+0013.2566e+0013.1283e+001illHI5.4285e+0015.2667e+0015.1049e+0014.9432e+

6、0014.78146+0014.6196e+0014.4578e+0014.2960e+0014.1342e+0013.9725e+0013.8107e+0013.6489e+0013.4871e+0013.3253e+0013.1635e+0013.0018e+001TemperatureEC5.5903e+001I=1250AI=1600ATemperatureECI=2000AI=3150ATemperatureEC母排融點(diǎn)溫度變化曲線工作電流(A)1=4000 3.0000e+0015.21000mm柜體溫度場(chǎng)分布（環(huán)境溫度為30度）柜體的溫升主要是由柜體內(nèi)部感應(yīng)發(fā)熱產(chǎn)生的熱量所造成的

7、。感應(yīng)發(fā)熱是一種由交變磁場(chǎng)中放置的導(dǎo)磁體產(chǎn)生的渦流損耗引起的發(fā)熱現(xiàn)象。柜體的鋼材上有交流磁通交鏈時(shí)，按照楞次定律，產(chǎn)生阻礙磁通變化的電流流過鋼材，即渦流，由此帶來的渦流損失引起柜體發(fā)熱，即1Q=卩rrHH*金屬封閉開關(guān)柜的熱量是一個(gè)積累的過程。柜體表面的傳熱有輻射和對(duì)流兩種，開關(guān)柜外表面為大空間自然對(duì)流散熱和輻射散熱。由于柜體封閉，內(nèi)部很少對(duì)流，因此對(duì)流散熱不便，發(fā)熱較為嚴(yán)重柜體接近導(dǎo)體的部分，渦流損耗比較明顯，特別是導(dǎo)體穿過部分，發(fā)熱十分嚴(yán)重。另外導(dǎo)體和非磁性材料拼接的邊角處，渦流損耗也比較嚴(yán)重。成為整個(gè)開關(guān)柜溫升最高的地方。并且隨著工作電流的增大，柜體溫度溫升變大愈加急劇。5.2.1開關(guān)柜

8、溫度場(chǎng)整體分布I=1250AI=2000ATemperatureCTemperatureCCTemperatureEC1.36006+0021.2938f：+0021.22756+0021.16136+0021.09.5t：+21.02886+0029.62506+0018.96256+0018.SSSSe+SSl7.63756+0016.97506+0016.31256+0015.65006+0014.98756+0014.32506+0013.66256+0013.00006+001TemperatureCI=3150AI=4000A5.2.2開關(guān)柜左側(cè)溫度場(chǎng)分布TemperatureC圖

9、5-2-1I=1250ATe®peratwreCJ6.6903C+W1I&593e*(»lII鼠gg皆5.7682t*0015.537Ge+0015.30714+0615,076$«+001H.846ee*0OlM,6155C+0G1H.3656£*0O1Mh3u9窮勺g*OOi3,693Me*0013,23Z3e*(Xil卑妙亦001圖5-2-3I=1600ATemperatureLC 7.5647e+001I7.2796e+001|6.99446+001“6.7092e+0016.42416+0016.1389e+0015.8538e+001

10、I5.5686e+001j5.2835e+001I4.9983e+001'71316+0014."2806+001 4.14286+0013.8577e+0013.5725e+0013.2874e+001'3.0022e+001TemperatureLC1.3664e+002I1.2998e+002I1.2331e+00221665e+0021.0999e+0021.0332e+0029.6658e+001；8.9994e+0018.3330e+0017.6666e+0011、0003e+0016.3339e+0015.6675e+0015.0011e+0013347

11、6+001I36684e+001*3.0020e+001I=2000AI=3150ATemperaturetC柜體左側(cè)面溫升最高部位溫度曲線工作電流(A)I=4000A5.2.3開關(guān)柜正面溫度場(chǎng)分布TemperatureCTeniperatureCC 4.9196e+0014.80116+001I4.6825e+0014.56406+0014.44.546+0014.3268e+0014.2083e+00108976+0013.9712e+001乳8526e+0013.73406+0013.61.55e+0013.4969 3.37846+001I3.2598e+0l3.1412e+001I3

12、0227e+001I=1250AI=1600AToaporatureEXJTenperatureECB1064l.c+001.7.74-775+0017.M313el7.114Se*001£.?98Se+0l6.0226*0016.1B5SedQls.awt+eaiS.S330et001S.2166e*0014.900384001H.56396*001.267Se+0l3.511e+l3.63>i7e+Mi3.313*1640013.0020e-f001I=2000AI=3150ATwsperatureLCl正面溫升最高部位溫度變化曲線工作電流(A)IL.OBSSe+eeZ工畀

13、粥"的i9.17754+0018,?365c*0i3i乩2952t+00L7.85*0017.4136*0016-97«ct00i|6.53aae*Mil|6.087*(501S.6486+0015,20Mc+00iL4. 766-3*£BL4,325*0013.86>«le*0013.>t*3e-ff*001*3.0019c+001I=4000A5.2.4柜體右側(cè)面溫度場(chǎng)分布TemperatureCTemperatureCI=1250AI=1600ATemperatureC6.06478+001I5.8733e+001P5.6819e+00

14、1I5.905e+0015.2991e+00151077e+001U.9163e+001I7249e+001j.5335e+001I3216+0011506e+00139592e+001I.37678e+001|3.5764e+0013.38506+0013.19368+001I3.0022e+001I=2000AI=3150ATemperatureCC工作電流(A)I=40005.2.5開關(guān)室隔板的溫度場(chǎng)分布開關(guān)室隔板由不銹鋼制成，整體渦流損耗較小。由于母排從左側(cè)穿出開關(guān)柜，左側(cè)鋼材柜體渦流較大，因此隔板左側(cè)和鋼材柜體拼接處有一定的渦流損耗，溫升較為明顯。另外在上方兩個(gè)角落和柜體拼接處渦流損

15、耗較大，并且和柜體溫升最高處相拼接，溫升很大。TemperatureCTemperatureCI=1250AI=1600ATemperatureCTemperatureCI=2000AI=3150ATemperatureC隔板溫度溫升最高部位溫度曲線工作電流(A)I=4000A5.2.6頂部溫度場(chǎng)分布3.J.00196+0017.H:130e*001£177Se*0018.7363e+001ft.2952e0917.851*091匕971*0916.53086+0016.0697e+015.84SSe<-0lS.2©7ile+0014.7663e+0014.32524

16、0013.8Hle*SlTemperatureC1.0060e+092也8LB86+-001當(dāng)工作電流為4000A時(shí)，柜體內(nèi)各個(gè)封板的溫度場(chǎng)分布圖上圖所示，由圖中可以看出，除頂部封板溫度較高外，其他各個(gè)封板溫升并不高。TemperatureCCTemperatureCII1IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII1III1IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII 7.7435e+0l7.4484e+001I7.1

17、532e+0016.8581e+0l6.5630e+0016.2679e+0015.9728e+0l5.6777e+0015.3826B+001508756+0014.7924e+0014.4972e+0014.20216+001 3.9S7SE+00：1I3.6119e+0013.3168e+001I3.0217e+001IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIHIIIIIIIIIIIiiiiiuiiiiiiiiiiniiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiimiiiiiiiiiii川iiiiiiiiiiii川iiI=1250A

18、I=2000AI=3150ATemperatureC 1.79796+032I1.7047E+驅(qū)I1.61146+0021. 5181e+0021.4249E+驅(qū)1.3316e+0021.2383e+0021.1451e+0021.0518e+0029. 5856e+0018.6.5307.72046+001S.7877e+001 5.8.5.51I4.9225e+001I3.98996+001I3.0573e+001I=4000A5.3 環(huán)境溫度為40度時(shí)開關(guān)柜溫度場(chǎng)分布當(dāng)環(huán)境溫度為40度時(shí)，工作電流為4000A時(shí)，開關(guān)柜溫度場(chǎng)分布如下。TemperatureC 1.25416+0021.1

19、945e+002IU汕9e+002l.S753e+0021.01568+0029.5602e+0018.9640e+0018.3678e+0017.7716e+0017.17538+0016.57918+0015.9829e+0015.3867e+001 4.7905e+0014.1943e+0013.59818+001I3.0018e+001illTemperaturetC 1.7582e+Q02I1.6671e+002J1.5759e+Q02I：1.4886+0021.3937e+0021.3025e+0021.21146+002 1.1203e+0021.0291e+002I9.3799

20、e+001'8.4686e+001I7.5572e+001 6.6459e+0015.7366+001I4.8232e+001I3.9119e+001I3.00068+001 1.0082e+002I9.6393e+001I9.1967e+0018.75416+0018.3116e+0Sl7.Sti'diBe+SSl7.42646+0016.9838e+0016.54126+001E.0我Ee：+0015. 65tile+0S15.2135e+0S14.77096+001 4.3283e+001I3.88-57e+001I3.44326+001I3.000Be+0S1Tempe

21、ratureC從圖中可以看出，當(dāng)環(huán)境溫度為40度時(shí)，整體平均溫度10度左右的增幅，但是最高溫升部位并沒有明顯變化。5.4 1200mm柜溫度場(chǎng)分布當(dāng)環(huán)境溫度為30度時(shí)，1200mm柜的溫度場(chǎng)分布如下。TemperatureQC1.75616+002I.6652e+0021.5743e+0021.U83"e+0021.3925e+0021.3016e+0022107e+0021.1198e+0021.0289e+0029.3802e+0018.4712e+0017.5621e+0016.65316+0015.74416+00183506+0023.9260e+0013.0170e+00

22、1TemperatureCTemperatureCCi.00006+0029.5625e+0019.1250e+0018.6875e+0018.2500e+0017.8125e+0017.3750e+0016.9375e+0016.5000e+0016.0625e+0015.6250e+0015.1875e+0014.7500e+0014.3125e+0013.8750e+0013.4375e+0013.00006+001TemperatureC1.7961e+021.727b+021.60936+0021.51596+0021.42256+0021.32916+0021.2357e+0021

23、.14238+3021.0489e+0029.55526+0018.62126+0017.68716+0016.75316+0015.81916+0014.88506+0013.95108+0013.01706+001TemperatureCTemperatureC1.K5Ele+0021.6652e+0021.57438+0021.48346+0021.39258+0021.3016e+i3021.2107e+0021.11988+0021.0289e+0029.38028+0018.47126+13017.56216+0016.6531e+0015.74416+0014.83506+001

24、3.92606+13013.01708+001由上圖可以看出，1200mm柜與1000柜相比，溫度場(chǎng)變化不大。六降低溫升的方案基于以上分析的結(jié)果，提出了幾個(gè)降低溫升的方案。6.1抑制感應(yīng)發(fā)熱降低溫升-由以上分析可以看出，感應(yīng)發(fā)熱是柜體溫升的主要原因，并且封板和隔板溫升較大的很大一部分原因也是由于柜體的感應(yīng)發(fā)熱導(dǎo)致的溫升。因此抑制柜體的感應(yīng)發(fā)熱成為降低開關(guān)柜最有效的方案。為抑制柜體的渦流損耗，對(duì)柜體渦流損耗最嚴(yán)重的地方可以采用鋁板，不銹鋼板等非磁性材料。另外，可以在柜臺(tái)內(nèi)側(cè)設(shè)置銅板來降低渦流流過柜體時(shí)的電阻，從而降低渦流損耗。改變柜體結(jié)構(gòu)增大導(dǎo)體和鋼鐵件之間的距離，從而降低柜體的渦流損耗，也可以

25、降低溫升。柜體左側(cè)由于有母排穿過，渦流損耗十分巨大，是全柜體溫度最高處，因此考慮將左側(cè)頂部框架換為不銹鋼材料，另外，將母排穿出的不銹鋼封板面積擴(kuò)大。6-1-1改進(jìn)前柜體渦流損耗圖6-1-2不銹鋼封板寬度擴(kuò)大60mm當(dāng)工作電流為4000A時(shí)，改進(jìn)前后柜體渦流損耗對(duì)比如下:Ohnic-LossW/m*.1.0006*05I9.375©e*00HI8.7500e*e0H8.1250e+e0»*75000e*e0H6.8750e*00*4彳6.2500e*00H|5.6250C+001*I50000*04I4.37S6e*00MI3.7500e*00MI3.125ec*e04I25

26、000e*004l.d7S0e*e0H1.25006*0046.2590e+0030.0000*00Ohmlc-LossW/mrt1.00006+0059.2857e+0048.57146+0047.85716+0047.14296+0046.4286e+0045.71436+0045.00006+0044.2857e+0043.57146+0042.85716+0042.14298+0041.42：36e+0047.1429e+0030,00006+000Ohmic-LossW/mrtOhmic-LossW/mA1.00008+0059.2857e+0048.5714e+0047.8571e

27、+0047.14298+0046.42866+004.5.71438+0045.00006+0044.28576+0043.57148+0042.8.5718+0042.14298+0041.42866+0047.1429e+0030,00008+000不銹鋼封板寬度擴(kuò)大100mm不銹鋼封板寬度擴(kuò)大140mm不銹鋼封板和左前側(cè)鋼板損耗變化曲線不銹鋼封板擴(kuò)大寬度(mm)由上圖可以看出，將頂部框架材料換為不銹鋼，并且將不銹鋼封板寬度擴(kuò)大后，左前側(cè)鋼板和不銹鋼封板渦流損耗大幅度下降，從曲線圖可以看出，將不銹鋼鋼板寬度擴(kuò)大140mm較為合理。TemperatureEC.1.75606+0021.665

28、06+002"1.57406+0021.48306+0021.39206+002丄.30106+0021.21016+0021.11916+0021.02816+0029.37096+00146116+0011'55126+00116.64136+001I5.73156+001I4.3216e+001I91176+00100196+001TemperatureEC1.7523e+0021.66228+0021.5722e+0021.4822e+0021.3922e+0021.3022e+0021.2121e+0021.1221e+0021.0321e+0029.4209e+0018.5207e+0017.6205e+0016.7203e+0015.8201e+0014.9199e