KYN28A-12溫度場部分ANSOFT仿真要點

1、某市級電業(yè)局開關柜項目匯報一一溫度場部分（ANSOFT仿真）5溫度場分布柜體的發(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流換熱和熱輻射兩種方式發(fā)散到周圍環(huán)境。假設各種材料的熱物性為常數(shù)，不隨材料溫度而改變。則溫度場的控制方程為: Q:z式中P為材料的密度；九、c為材料的導熱系數(shù)和比熱；Q為內熱源強度在母排的外表面上應該滿足對流和輻射邊界條件44q n T -Ta；二 T -Ta表小母排表面的熱發(fā)生率;表小母上式中Ta是環(huán)境溫度；仃表示史蒂芬-玻爾茲曼常數(shù);排表面的對流換熱系數(shù)；q表示熱流密度矢量。5.1 開關柜的熱穩(wěn)定時間將渦流場計算得到的焦耳損耗作為熱源導入，并設定相應的輻射邊界條

2、件，和對流散熱邊界條件，分別計算了開關柜在環(huán)境溫度為30度和40度時的溫度場。通過對工作電流為4000時，IQQQmrmF關柜的瞬態(tài)溫度場計算，得出當時間為1200s時，開關柜的溫度場分布以及基本穩(wěn)定。TmipsratureCC1.蜩懿后&睚 1.057Be+BQ2 1. 30 73e+002 9.fli. 5J99e+E»l 5ssgl工劈峋行呢1B.6.0975e*001 5.5931e+001 5.eZBEe+EQri H.l3.eie?e4mT=200S時開關柜溫度場分布片ICnL750 配 2 L 6805*煙上 1.5703e021 1 TN的曲之 1.29966

3、-2 1.1.02-32tCG2 9.3905e*»l flsH5g7r*01 7.5B69a-«il «,6051e*001 5.7B33e-»Wll M,6016e*Wl3.07906*®1T=1000S時開關柜溫度場分布TempivraturBitC J4.歹四W 4 .例5*11四E l.S70e*G021.H BQle +C02 i. SB99e*M2 i. £9+002 1.2065*00 1. ll/u他£自.3：蜴現(xiàn)北白1 I0l.4fia7e+G016t&BSle*001 5,783364001 %

4、 5818*001 3. me*G«i 3.07g0e+001TenperatureE17905«-00Z1. EKIScDZ 1.570002 1.43O1C-0QZ 1.9699e«00£ 眥翻上1.2096002 1.119He*0B2 1,025?<5*-02 9. 39OSe*G01 a.4S07e«e0a T.5SE9C-0Q15 cg3和喇4-. BSlfieua3.QTBQ«*CE31T=1200S時開關柜溫度場分布T=3059S時開關柜溫度場分布由以上圖可以看出，當 T=1200SM,開關柜的溫度場已經基本穩(wěn)定

5、。5.2 母排的溫度場分布母排的焦耳損耗來源于源電流的電阻發(fā)熱損耗和感應發(fā)熱，母排的電阻包括載流導體電阻及接觸電阻。此時應注意：(1)集膚效應，對交流電流流過的導體，由于電流產生磁通的作用，在導體截面各部分的地阿 媽流密度是不平均的。(2)鄰近效應。對兩個交流載流導體的并聯(lián)導體，由于一個導體產生的磁通對另一個導體的作用，使其電流密度分布不均勻，從而影響交流電阻及焦耳損耗。計算母排的發(fā)熱既要考慮渦流損耗又要考慮電流損耗，即qj jH H22以上各式中H是復磁場強度；J是復電流密度(上標“率”表示復變化)；。是電導率；口是角 頻率；NYY是復磁導率的虛部，"=",- jNrr

6、； H是復磁場強度，E是電場強度。當工作電流為1250A、1600A、2000A、3150A、4000A時，母排和電流互感器溫度場分布分別如圖6圖10所示。母排與斷路器開關接觸部分由于接觸電阻造成的損耗較大，溫度較高。當工作電流小于2000A時，母排溫升較小，平均溫升小于15度。當工作電流達到3150A以上時，母排溫升急劇增大,當工作電流為4000A時，母排平土溫度超過 70度，觸點位置溫度接近100度。TenperatureCC5腳位用01 H.M,7g01e*001 H. EETBeiffil * 5啊5 白用91 H； ,+il2e.«001 嵋£睡9白41 * IS

7、，配 1 M.0263e-n001 才型岫c3：L 9.7a97ei®01 3. BHle-KDl 3物1 三.m日鋪。1 m芯蝌i 3. l?S3ei<Bl "配的e煙:LTcn-peratiaretC5. 59036+001 S. 42B£e£ S,：非九3L w劃期曲l 4. 94洛田SL H. 7®lHxt®l % &19Be+®l *1. 457Be*001 % ?960e+0Ol 4. 13428+001 K 9r姆已曲 3.&10?e*001 5, &4B9fr+®l S

8、. 4Wiu煙 3. 3Z55e+001 3. 1B55b*®1 泉醯i1配的工I=1250AI=1600AT«ipBFSturBt6,3647e*001 6.154Be*001 5吊7嗎工煙1與，5, 31皆g君通15.由凱君31 1 ,|,8935«*001.6655*4001>».H7m：史的1 . 2£3：le*al :電5如七通1 士84球煙1 3,6S2:7e®l 142雙/01 3,Z1ZM«4001 3,。0次31史 m puraturc 117 S.SBMiietBQl 5.153+001S.7M?B

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10、 3 &6第尹061 § eei9F*wiI=2000AI=3150A1=40005.2 1000mm柜體溫度場分布（環(huán)境溫度為 30度）柜體的溫升主要是由柜體內部感應發(fā)熱產生的熱量所造成的。感應發(fā)熱是一種由交變磁場中放置的導磁體產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，按照楞次定律，產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Q.rH H2金屬封閉開關柜的熱量是一個積累的過程。柜體表面的傳熱有輻射和對流兩種，開關柜外表面為大 空間自然對流散熱和輻射散熱。由于柜體封閉，內部很少對流，因此對流散熱不便，發(fā)熱較為嚴重。柜體接近導體

11、的部分，渦流損耗比較明顯，特別是導體穿過部分，發(fā)熱十分嚴重。另外導體和 非磁性材料拼接的邊角處，渦流損耗也比較嚴重。成為整個開關柜溫升最高的地方。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開關柜溫度場整體分布Tenperatui'BlCM,gigee+001 % seem*則H,5612t*001 % 利a. esarei-asi 9.84426+001 9.7ZM3e*0l 1珈日日。3.36536+001 3,ZH536*001 9.127+001I=2000ATenperatijreC7. TH35e+031?r *MS5t+01 7-15»+001

12、 機雨呢+碗18； 3由上口+酶工5.電丁%*四 5.96175+091 5,雌X+畫17913t+EKl3,957*13013. E1E3H«+BQ13.31SZe+ESl3.02W+01I=1250ATmperaturetCJ1.3600s+002 1.29366+02 1.2.27Sc2 lH161Be+002 l.Q95De«00Z l.020Be+0-02 9.62506+001 3. 9B25e+001 S- 30005+001 7,637Set0Bl S. 9750£+001 S.312SctWl 5. 6即吐血 4.9B75B+001 M.32S0

13、e+0m 3u662Se+001lenperatureirc1.75BEe*0BZ 1.6605e*e02 1.即日1.4 ft01e4®2 1.3日小煙2L之的配例2 1,西蝴通W 1.119462 1做§方通上 9.39i05E*e01 0.4 037c ?國雙01B.6B5LA401 配了白方加例1 % 88m白必1 機幻口配319.97® e *601I=3150AI=4000A5.2.2開關柜左側溫度場分布TeniiperatijreCh.yiBe+eai4. BaiSetQSl 號.6S33e+aai ,5S52c+eeiH. 44孫+白白工 的*崎工

14、4.2uQ7etQQl 用R+日白1 3.日丁廿十白總工- asA)QM«g4 a.rseu+eei3.Z6556+0013,Z9Z»+0016. 53海煙1 禮樽例4i& Z2«t+Wl 樂 9»7«HH15.r屯i E.£5H«H»15.aw«-i»i*/i雙帕i 6155« HH1當曲,4L3.輪飆0航 1. IWHMH1 f iih*Wl圖 5-2-1I=1250A圖 5-2-3 I=1600A7.56M-7e*E»1 7.2796fi*001 E. qH-H

15、e+EKil s. ?a2e*«i 6.42M-le*Wl E.i3B9eOQi i. BsasEmi 5.5686e+Wl 5.2S35iS+Wi 4 .駁雙1 .7131e+B2H 't.HZ0e*00i 4.l4Be+aai 3,BSH電41 3.5725e*Wl 3. ZSTHeQQl a.3a±2e-tffiii. EH-e+BSZ i. zgg% +第2 1.Z331etDQ2 L jLMSe*W2 1. E3999±+E»2 L.392e2 q.阻舁*BSl *g4B- 33想31 7.66B6s*031 7r 0003型0016.

16、3399c+031 5.65?5e+001 Su Wile+001 4.33H7e*&3i 亂 SSflHiE+ffil3. 0020t+S»lTumpHrlurtCCI=3150AI=2000AS1.7560e+002l.flfl9Q«4W2 1.57M0C+0021.3010C *00.21.21Ble+QQ2 l.ligiS+0021.0231e+0O2 日柏白1 3,4611(*001I 7,5515(*001 6,691"+邱H 5.7315«*001Hi.asisctaei 3. 11 JctMi 3.00ige+00iI=4000A

17、5.2.3開關柜正面溫度場分布Te«ipBrsitiiJirB.C4. 919Bb*0DL % Bail白心日il % 6525e*00L M.56M0e*0Gil 口也如*W1L4,物恥通融 4. 30g眥曲也 M8 03976*051 3. 97126*001 3,萌2與£嶗。L3. 73M05«001 *6i際儂1 我押恥中就 3L 373*1?*0013. Z59Be*0Sl 3. 1128*001 3.0ZZ7e*001TM4|ier&tijreCS. §W3e-0Qi S.M2eS4i>0i i. N*加曲JL 5的磐他t H

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20、 左，牛翼府 丸 81M+W1I=4000A5.2.4柜體右側面溫度場分布TerapBratursECJ9.1t.匕5,4456+331 % 32fl8e+001 %汨83£*001幻”心小1 9s&5.26e+eei 3.7MS+001 3.61556+001 3. H9Cge+Ml3,37SH*e+001 3.Z513e+001 3.1H12e+C®l 3.022 7e+<2<31t-wiperiturelCJ15,59036*001 5.42356*001 5.2667e*G01 $曲，配曲L 4.324*001 ，了白MX 物 L14,61968

21、*001Hi. 13H-2e*001 3.g7Z5e*00i 3.8107e*00L 3.64996*001 3.4971*001 才,3織u通L 3.1535e*001 3.03186*091Twiptfrgturu 6.06H-7e*0l 5s37335*001 5.6日29上的工 5,/期“煙工 5.Zg91e*001 5.10776*001 %916S*01 45.72H-9e*001 4.5羽鴕由01m.l506e*0l 3.95926*001 3.7S70E*m1 3.576M-e*S01 3.3390e*O01 3.19366*001 3.%2Z總例 1仁力帕山工 g. W審n

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24、6«+001 % T550«+001 J.3. 693?®+001 3. E31ft+B013. 2輯H.+Q01 3. BSlfle+001iBuperaturelCI=1600ATenperatureLC喇陛則 7.TBae+BQi7.ilSfe«QDi 凱槨9(1*001 配之丸i珀&L 6.1669e*fl01 肥出日L 5.53355*001 5.2171e*QEIi h融網(wǎng)4府l 耳.鄴?£則a. E15ge*GE3L 3r 乳3.BD2Ze*QEllTwperatur«c1, IWhnMW1.05摩魄工 1,00

25、40.6+002 9*0018aH15Be+001 7,B7MMf*001 7.33506+091 15,791 +001 6,253孤護打 5.70S9*+01 5.1675«fi*031 明能646*001 ,06474+001 3.5454«*031 3,0?自電十03:1I=2000AI=3150ATenperatureCC1.6960E+QO21.銅電Tu十日日空 1.5215e+002 1. 3H-3e+LI02 1.37Qe+002 1.25+002 1.172GEtU02 l.SB53E+aa2 目.白白由Eki由由 1laeE+aai 9.29BL

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27、 明盹6®典1 * 2B應用自L |/.明9加日日13.9707e*a0L 3. BSZletHll 3,州蚯s用SIL 3L 軸*Ml 3.H963CH10L 3.37776*001 配雪久智山電L 3.1鈍30日1 3.21fle*tl0LI=1250ATEnperaturetCl5.2.6 頂部溫度場分布 L曲的更32 SlB6e*001丸 1775C+001 湖 T31枇2雙E例1 7-a5*tle+001,71304+061 6i 9719e+M lfi.5308e+Ml6 0S97CH001 'S.6MB6e*Ml5 .般九一困1*3次£煙1* 88*l

28、gl出的1 3.鮑療用會*萌1當工作電流為4000A時，柜體內各個封板的溫度場分布圖上圖所示，由圖中可以看出，除頂部封 板溫度較高外，其他各個封板溫升并不高。T.p”H"Hr£】"4.m3LE4CeL雙周14. EE* 處 J.I JUHH4CEL %靠熾®J.4.4包立題L-i.aBa?E-rfK>L 3.712e*G0iBi門3陽七1 丸式強咆制 鈿同刎.5.25«E4(K>L71>1女司砒 禮曲227H4!12aiiiiiiuiiiiiniimiiiiiiLiiiiiiii川川川川II川hi川川川hi川lllllllll

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34、5.Z135e+eci4. 7超號"崎1斗二”“413 8&576+001丸4”納0013.0006e*lTeneratur&C1. S0BNE3Ng, 6393e*019.1967e*®lS. 75*1(8C 311644®17.6. 9638t*®lE. 5412e+eBl6. gg蝴 gLB.6丸此例工5. 2135e-*oei4 ,花加欣工4-. fla.SSe.Hatll3- 8&57«4®13. 4-4 32E+CCI13. 的1.1SH5+00ZL.0156E+0029.5B02e+0l7.175

35、3e+0016.5716+001S.9B29e*0017. 'me4Ml5.3B67e*001中,7905e+001年 , 1乎*配十目013.Q018E40B11. 392：3e+W21. 30196+002L Nil配+篦21.12116+W2 1,03076+0329.例2h+601 隊4g艙一施a5.76B3e*&314.8622e*EKH1. 5731ie+E»21.3 59M5®+0013. g7B2etE»i3.0741E+001lRiri|jeirjitureCla 7599c+EB21.6695t+&32Tenperatu

36、reLCj從圖中可以看出，當環(huán)境溫度為40度時，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柜溫度場分布當環(huán)境溫度為30度時，1200mmi的溫度場分布如下。1.75&1SHM2 1. 6652H例之 1. 5”料劃W 1. BJMe*002 1. 3925e*ffi!2 L到電902 i.1.11906*002 lf0269e*90Z 勺.曰酷之C l S. 712«-*001 工 56Zle*001 日.拈31。，魏。 5.下4乳e_1 4.85505*091 木學的事 的。is 00fS«+002 9.5525e-*

37、71;Jl 丸1250EI 8 . 68755*2C1 B.7, 01254401 兀 37S3e*£Ol 口9酊5儂i %5®au 依 j 孔0溶國6250*收1S.總了5«®31 M. 79S3eiQl 明 3125c *EC1 M BT5ac*E43i 3, H3Z5¥*001TenperaitureCC1. 79&le-f002 1. 702 092 1. 69935期 l,51Sc+e02 1. 2255+0921.主觀,BON 1, 2375+002 1. l«3c2 九鼬S9wB0H 9,55525001 9.

38、6212e*001 7. 6071e+001 S. 75aie*e015. HM./002 H*. 69S0e*&01 3. 5510*001 3.01706+01川川Illi川II川Hllllll川川川iiiiniiiiiiiiiiiiiiHiiiiiiiiiiuiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiii川H川川川川川川ii川川川Tvnpvr«tvroCCL笛儂心謂 1. lH-94eiOT2 i. etuNTxn 國 1白她11E的之 9. 7ft52E*<a31 £215 41 亂66飆33 B.日勿觸的土 7.5368&#

39、171;*®1 6. 9髓孔*M2 E. 9例6M的 5 3猊40煙1 5. Z&GBe-HSCll M . T0Q2e 曲0。 43lille+tHl 8. S&A0e*Q01 3,0019«*®1TemperaturBLCii7561e+002 1.555Ze*002 1.573e+002 1,493+0102 1.39Z56+002 L削南02 1,2107c*902 1.1193B+002 l.Q269e->-BB2 9.3«2veei 8.4712S+001 7.5621e+001 6.55316*001 5,716+00

40、1 4.03906+001 3.9606*001 S.OlTiOe-i-Oai由上圖可以看出，1200m而與1000柜相比，溫度場變化不大。六降低溫升的方案基于以上分析的結果，提出了幾個降低溫升的方案。6. 1 抑制感應發(fā)熱降低溫升 -由以上分析可以看出，感應發(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發(fā)熱導致的溫升。因此抑制柜體的感應發(fā)熱成為降低開關柜最有效的方 案。為抑制柜體的渦流損耗，對柜體渦流損耗最嚴重的地方可以采用鋁板，不銹鋼板等非磁性材料。另外，可以在柜臺內側設置銅板來降低渦流流過柜體時的電阻，從而降低渦流損耗。改變柜體結構， 增大導體和鋼鐵

41、件之間的距離，從而降低柜體的渦流損耗，也可以降低溫升。柜體左側由于有母排穿過，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大。n r當工作電流為4000A寸，改進前后柜體渦流損耗對比如下:i.eoqewfB. 7506e*00H 5,lZ50e*00M 工的4 a.0750e*004 &-瑞西附例 5. 6250t*W4 5>0000*00MM.37«le*£l0H 凱 75®e*MH 3,125e*D0M1. 8750e*i00M I £5®眺 &.亳物u

42、*的* 凱匐喻必貼6-1-1改進前柜體渦流損耗i. eeehu teas9. 2BS7e+i047.a571e+«E!47. lHZ9e-HZB4 E.中西E青福目" 5. Tit3e+i0H5.09國色的M M. ZH57e+iB4 9r5nM*4U上1饃叫網(wǎng)q1.時E. 煙 u 7.1429*4®3 0.®00*C90圖6-1-2不銹鋼封板寬度擴大60mm吼 Mt57e+EKH &. 571Ht+EHH t. flSTia+aa7.6 4刊6/0045. Ta3的豳U 5.會孫+卿 H-. MSTt+EKH a.STlHtfEHH Z8 BS

43、Tle+BOH Z. IH-Sge+BaH1. 4之86o*M47. L+用+0M 00®0t*W0ChniiG-L0ssW/mAL白煙白+E煙5 之上&578+004 * 57M+004 7.揖571衛(wèi)+&34 7.14296400*1 品之帆出34 5.7136+004 5.白煙匕十比4 %翁5九+KJ4 第 57m e+&3H- 2 8571e+l304.2.1296+&3H L嵋2白6匕+質4 ?.串雙十血 0.自次（=+雙不銹鋼封板寬度擴大100mm不銹鋼封板寬度擴大140mm不攜銀時梅匍左前惻綱板振衽變化曲線140mm為合理。Tempera

44、tureC 1.75&0&*®021.57H««tti21.MB30b*«02 1.3920t*S02 IT。*鋪懿 1.2101&*602 mn用儻 l.2eit«302 9.3709?«301 e,M6iiK：*®0i 7.55i2c*el 6,6H13c*e01 5 d5仁用能3,gii7i：*eiL1 3.00101Temp era tureEl1.75294*062 1；必盤5的工 i.5722e+00Z l.HS22c*&32 1. n22si402 1. 3022C+002 L21MS 小 2 1.12214+02 l,0321C+002 9.H209?*001 B.7£+QQ1 7.6»5«+01 G. 7203e+EJ3i 5. S201e+Dai M.4199+01 M. G19 %+001 9. il