环网柜温度场仿真分析与试验研究.pdf

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1、企业导报2014年第14期环网柜温度场仿真分析与试验研究杨芳（平高集团有限公司，平顶山467001）摘要：针对某型SF6环网柜的温升问题，首先对开关柜温升过程进行了理论分析，然后通过建立三维模型，采用计算流体力学(CFD)软件Icepak/Fluent对环网柜的温度场和气流场进行了仿真计算，仿真结果表明该环网柜满足国家标准对温升限值的要求。最后按照GB11022的要求，对该环网柜样机进行了温升试验，试验与仿真结果误差在15%以内，验证了仿真方法的准确性，对开关柜类产品的设计具有一定指导作用。关键词：SF6环网柜；温度场；气流场；仿真引言：金

2、属封闭开关设备发热和散热问题是产品研制过程触电阻用数字标出）。图中数字对应接触电阻分别为：1-套管嵌中必须考虑的问题之一，为了保证开关电器能在工作年限内可件与连接板；2-连接板与出线导电杆；3-出线导电杆与铜板；4-靠工作，必须限制各种材料的发热温度，使其不超过一定数值，铜板与隔离触头；5-隔离触头与触头；6-触头与螺母；7-导电杆这个温度为最高允许发热温度，如果产品运行温度持续超过允与真空泡静触头；8-真空泡静触头与真空泡动触头；9-真空泡许温度，则会造成电阻增大—温升继续升高的恶性循环，甚至动触头与软连接；10-软连接与负荷开关连接处；

3、11-负荷开关导致绝缘破坏，设备起火等严重后果。与导体；12-导体与新设并柜套管中心导体。随着对电力系统安全性要求的逐步提高，开关柜的温升问题越来越得到重视，但目前针对开关柜发热的研究大部分集中在测温设备的开发上[1]，对产品设计过程中温升仿真等技术应用还较少，且主要针对大电流的开关设备[2]，对于二次配电环网柜的温度场研究还很少。本文针对某型SF6环网柜，首先对开关柜温升过程及影响因素进行了理论分析，然后通过建立三维模型，采用计算流体图2环网柜载流回路结构示意图力学(CFD)软件Icepak/Fluent对环网柜的温度场和气流场进行二、温

4、升过程分析及电阻计算了仿真计算，得到了环网柜的温度场分布，并与试验结果进行（一）发热与散热过程分析。环网柜工作过程的温升能否满了对比，得出了有益的结论。足运行要求，与散热设计密切相关。对仿真开关柜运行中温升一、产品结构过程进行仿真，分析其温度场、气流场的分布以及热稳定情况，气体环网金属封闭开关设备（以下简称：环网柜）系户内三主要是为了深入研究其发热和散热过程，更合理地设计其结相交流50Hz输配电设备，用于系统电压为10kV的电力系统构。在环网柜中，发热量来自载流导体和电接触的焦耳损耗（称中，可分、合空载、负载及故障电流，实现对输配电线路的隔

5、离、之为热源），该损耗主要是由载流回路的导体电阻和接触电阻控制与保护。该产品额定电压为12kV，额定电流为630A，为箱产生的。环网柜在正常工作时，发热经历一定的时间达到稳定式结构，气箱采用不锈钢板激光焊接成型，箱体变形量小，精度状态，温度达到稳定温度，这时发热体产生的热能与向外传出高，强度大，密封性能优越。一次导电回路内部充以低压力的的热量达到平衡，其热量向外传递由三种基本方式构成：热传SF6气体作为绝缘介质，使整个高压系统处于完全封闭的状态，导、对流换热和热辐射。因而不受外界环境条件如凝露、污秽、高海拔等因素的影响，从通过对该环网柜散热

6、进行分析，主要涉及到如下传热途而大大的提高了运行可靠性，实现免维护，气箱结构示意图如径：①载流导体及与其接触的支持件的热传导；②开关柜内在图1所示。封闭条件下的自然对流；③开关柜内载流导体的热辐射；④开关柜外表面的热辐射；⑤开关柜外周围空气的对流换热。数学模型中直接对各种传热方式建立了耦合的微分方程，热传导通常由依据能量守恒定律与傅里叶定律的导热微分方程来描述；对流换热则用流体力学的N-S方程来描述，它包括了质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程；辐射换热则用图1环网柜气箱结构示意图斯蒂芬-玻尔兹曼公式来描述。环网柜载流回路所有接触电阻的

7、分布如图2所示（接（二）主回路电阻计算方法。铜导体电阻的计算公式如下：作者简介：杨芳（1978-），女，工程师，主要从事高压电器产品的研发工作。130环网柜温度场仿真分析与试验研究咨由于受热源和散热状况的影响不同，开关柜内的气体也呈R=籽（1）S现不均匀的温升分布。由上图可以明显的看出，距离载流回路式中，R为电阻，Ω；ρ为电阻率，Ω·m；l为导体长度，m；S零件越近部位的空气温升越高，基本都在26.2℃左右。并且由为导体的横截面积，m2。于气体受热上升，顶部的气温要略高于底部的气温。载流回路模型中，导体的接触点较多，接触电阻是影响开环网柜内

8、气流速度场分布如图5所示。关柜中温度上升主要因素之一。影响接触电阻的因素很多，与从仿真结果可以看出，在不同的区域内流体都呈现出接触压力、接触材料性质、表面状况、接触形式、压力范围