Диссертация Методика численного расчета нестационарных тепловых полей высоковольтных коммутационных модулей
жүктеу/скачать 0,52 Mb.
|
Магистерская. Физика
- Бұл бет үшін навигация:
- 4. Влияние типов теплообмена на процесс нагрева
Выводы к главе 3. При моделировании нагрева токоведущей системы током термической стойкости допустимо задание условия адиабаты на всей поверхности проводников. В том случае, если постановка задачи не предполагает расчета дальнейшего нагрева изоляции, например, при оптимизации конструкции электродов вакуумной дугогасительной камеры или гибкого токосъема, элементы изоляции могут быть вообще исключены из расчетной модели. . В результате прохождения тока термической стойкости токоведущая система оказывается нагретой чрезвычайно неравномерно. В рассмотренном случае коммутационного аппарата на 15кВ перепад температуры вдоль токоведущей системы составляет величину около 500К. Наиболее нагретыми элементами являются электроды и лепестки гибкого токосъема. . При расчете нагрева вакуумной дугогасительной камеры следует моделировать токопрохождение через реальные контактные поверхности в том случае, если интерес представляет нагрев элементов самой камеры (накладки и розетки). Если при создании нового коммутационного аппарата используется уже существующая камера, для которой проблемы с нагревом системы током термической стойкости уже решены, то при расчете нагрева коммутационного аппарата в целом можно использовать описанный выше способ задания эквивалентного тепловыделения на кажущейся контактной поверхности, что упрощает расчетную модель без заметного уменьшения точности решения. . Несимметрия контактов приводит к проявлению двух эффектов: к изменению температуры контактного пятна (по сравнению со случаем одинаковых по форме и размеру контактов) и смещению расположения максимально нагретой области вглубь контакта с меньшей площадью сечения. Это обстоятельство стоит учитывать при конструировании контактов. 4. Влияние типов теплообмена на процесс нагреваПосле окончания токового воздействия тепло за счет различных механизмов теплопереноса будет распространяться из токоведущей системы в изоляционные материалы и окружающую среду. Для того чтобы оценить вклад различных типов теплообмена, рассмотрим ряд задач. В них последовательно "включаются" различные типы теплообмена и оценивается их вклад в нагрев. Целью такого рассмотрения является выявление несущественных эффектов, которые могут быть исключены из рассмотрения без заметной потери точности расчета перегрева изоляции коммутационных модулей. Это позволит предложить наименее ресурсоемкий способ расчета нагрева. Задача 1. В этой задаче задано условие адиабаты на всех внешних поверхностях, граничащих с воздухом и вакуумом. Влияние излучения и конвекции во всех внутренних полостях не учитывается. Также не учитывается тепловыделение в датчике тока. Будем называть задачу в такой постановке исходной моделью. Это наиболее простая по постановке задача, требующая минимальных вычислительных ресурсов для построения решения. В ходе дальнейших рассуждений мы покажем, что она может использоваться для расчета максимального перегрева изоляции с достаточно высокой степенью точности. Задача 2. Отличие от исходной модели: учтено излучение в камере. Рассматривается предельный случай, когда вклад излучения максимален. Убирается экран, на поверхности электродов и керамики задается коэффициент серости 0.95. Задача 3. Отличие от исходной модели: учтен конвективный теплообмен в имеющихся воздушных полостях в области гибкого токосъема. Задача 4. Отличие от исходной модели: учтено конвективное охлаждение с внешней поверхности изолятора (задан коэффициент конвекции 10, что заведомо больше реального значения). Задача 5. Отличие от исходной модели: учтено тепловыделение в датчике тока. Некоторые серии аппаратов производятся с интегрированным датчиком тока, который потенциально является дополнительным источником тепловыделения. Задача 6. Отличие от исходной модели: учтено наличие внешней ошиновки. Это открывает возможность теплообмена коммутационного аппарата с внешней частью токоведущей системы через верхний вывод и шину нижнего терминала. Так как нас интересовал относительный вклад различных механизмов теплообмена, то решение данных задач было получено без учета зависимости от температуры теплофизических свойств материалов. Конечно-элементная модель в сечении представлена на рис. 4.1. Рис. 4.1. Сечение конечно-элементной модели. Ниже, на рис. 4.2-4.7, представлены зависимости от времени максимальной температуры для опорной изоляции (Lexan) и резины (Powersil) для перечисленных выше задач. На каждом графике производится сравнение со случаем исходной модели (синие кривые). Рис. 4.2. Сравнение результатов задачи 2 и 1. Зависимость от времени максимальной температуры для Lexan и Powersil. Рис. 4.3. Сравнение результатов задачи 3 и 1. Зависимость от времени максимальной температуры для Lexan и Powersil. Рис. 4.4. Сравнение результатов задачи 4 и 1. Зависимость от времени максимальной температуры для Lexan и Powersil. Рис. 4.5. Сравнение результатов задачи 5 и 1. Зависимость от времени максимальной температуры для Lexan и Powersil. Рис. 4.6. Сравнение результатов задачи 6 и 1. Шины сечением 60x10. Зависимость от времени максимальной температуры для Lexan и Powersil. Рис. 4.7. Сравнение результатов задачи 6 и 1. Шины сечением 80x20. Зависимость от времени максимальной температуры для Lexan и Powersil. Подчеркнем, что эти данные говорят только о величине максимальной температуры изоляции разного типа, без конкретизации, в каких областях модели они достигаются. Однако из приведенных зависимостей можно сделать предварительное заключение, что при решении задачи о нагреве выключателя можно не учитывать конвекцию и излучение, а также тепловыделение в датчике тока. Покажем это, анализируя более подробно решения перечисленных выше задач. жүктеу/скачать 0,52 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|