Name: リング本体の温度上昇シミュレーションの比較検討 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2024-07-05T13:10:00.000+00:00
Duration: 4 min 35 s
Description: 学ぶ有限要素法を用いた電気機器の温度上昇シミュレーションの比較解析手法。異なる温度場解析モジュールを評価し、シミュレーション誤差を低減して実験データとの整合性を向上させる計算的手法を解説します。

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

1.モデル
注:リング本体(図1A)の構造が複雑なため、リング本体の操作を簡素化するためにオンライン設計ソフトウェアが選択されました。
<ol><li>モデリングの簡素化<ol><li>モデルを部分的に簡略化し、RMUのエアボックスセクションを維持しながら、絶縁シャフト、固定ボルト、ナット、シーリングコンポーネント、圧力サポートブラケットなどの他のコンポーネントを取り外したり簡略化したりします。簡略化されたバージョンを(図1B)に示します。<ol><li>630Aタイプのリング本体を簡略化する過程で、サーキットブレーカー室と計器ボックスと多くの固定ボルトとナットをつなげている絶縁シャフトを取り外します。シーリング部品と保圧ブラケットを取り出し、全体のセットアップが同じ導電電流を持ち、真空回路ブレーカー、回路ブレーカー固定プレート、および静的接点と真空回路ブレーカーのみが保持されることを保証することを前提として、絶縁された静的ビームの静的接点を下分岐バスバーに接続します。</li>
			<li>真空回路ブレーカー、回路ブレーカー固定プレート、静電気接点、および真空回路ブレーカーブロッキングプレートのみを保持します。全体として、モデルからボルトとガスケットを取り外し、ボルトをソリッドで取り外した後に穴を埋め、メッシュパーツの数を減らし、パーツの不規則な形状を最適化します。パネル操作用の機器、取り付けプレート、ブラケット、および温度上昇シミュレーションプロセスに影響を与えない計器ボックスなどの他の操作部品を取り外します。</li>
			<li>一部のコンポーネントの絶縁ハウジングの取り外しは、シミュレーション結果にほとんど影響しないため、シミュレーションでは無視できます。さらに、通常の運用中に機器の使用に影響を与えない接地スイッチは、それらを取り外し、シミュレーション用の回路ブレーカールームを保持します。</li>
		</ol></li>
		<li>セクションを削除するには、セクションを選択して[ 削除 ]オプションをクリックするだけです。</li>
	</ol></li>
</ol>2.渦場ソリューション
<ol><li>前処理設定 注:渦電流場エミュレーションは、温度場解析を実行するための基礎であり、温度場の負荷として解決された熱源をその後に分析する必要があります。<ol><li>リング本体の機器マニュアルと関連マニュアルを参照して、リング本体の各コンポーネントの物理的特性とパラメータに関する情報を収集してください。 表1に詳述されているように、取得した情報に基づいて、Maxwellのリング本体コンポーネントの物理的属性とパラメータを設定します。</li>
		<li>渦電流フィールド負荷電流を630A、周波数50Hzに設定します。Maxwellソフトウェアで、 One Side of the Upper and Lower Outgoing Armsを選択し、励起モジュールに入り、電流の大きさを630 Aに設定します。ソリューション設定セクションで、 周波数を50Hzに選択します。 注意: リング本体の導電回路では、上部出口アームから下部出口アームまでのすべてのコンポーネントによって形成される経路は、位相シーケンスとして知られています。したがって、この論文では、フェーズA、B、およびCを左から右に並べています。</li>
		<li>リング本体のコンポーネントの材料パラメータを 表2に示します。</li>
		<li>各フェーズの発信ラインアーム、フレキシブル接続、バスバー、サーキットブレーカー、静的接点サポートバスバー、および分岐バスバーに電流を送ります。その目的は、コンポーネントが負荷を完了できる電流経路を実現することです。</li>
		<li>Maxwellのアダプティブメッシングを利用して、モデルのグリッド制御を完了します。大きなコンポーネントにはMaxwellアダプティブメッシュ分割法を使用し、小さな内部コンポーネントにはローカルメッシュ細分化を使用します。 注:Maxwellは、解析プロセス中にグリッド精度を継続的に向上させることができるため、追加のメッシュ 分割のためにメッシュ操作 をクリックする必要がなくなります。</li>
		<li>解析のステップ サイズを設定します。モデルツリーで 「解析 」をクリックし、「ソルブステップ」設定を開いて、「パスの最大数」を10に設定します。他の設定は、何も変更せずにデフォルト値のままにします。</li>
	</ol></li>
	<li>渦流場計算の原理15,16.<ol><li>電場17の生成に対する電荷の作用を説明するマクスウェルの最初の方程式を使用します。 <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/66643/66643eq01.jpg" style="margin: auto;">(1) ここで、ρ は電荷密度を表します。 ε0 は真空誘電率を表します。</li>
		<li>変化する磁場と電場との関係、および電荷の運動に対する磁場の影響を説明するマクスウェルの2番目の方程式を使用します。 <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/66643/66643eq02.jpg" style="margin: auto;">(2) ここで <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/66643/66643eq03.jpg" style="margin: auto;">、 は磁場の強さを表します。この方程式は、変化する磁場が渦電場を生成する、つまり、渦電場のスピンが時間とともに磁場の変化率の負に等しいことを説明しています。</li>
		<li>磁場の生成に対する磁荷の影響を説明するマクスウェルの3番目の方程式を使用します。 <img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/66643/66643eq04.jpg" style="margin: auto;">(3) この方程式は、磁荷によって生成される磁場が受動的である、つまり磁場にモノポールが存在しないと説明しています。</li>
		<li>マクスウェルの 4 番目の方程式は、変化する電場と磁場との関係、および電流が磁場に及ぼす影響を表します。 <img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/66643/66643eq05.jpg" style="margin: auto;">(4) ここで <img alt="Equation 6" src="/files/ftp_upload/66643/66643eq06.jpg" style="margin: auto;"> 、 は電流密度、μ0 は真空透過性を表します。この方程式は、変化する電場が渦磁場を生成する、つまり、渦磁場のスピンは、電流密度と電場の時間変化率の合計に等しいことを説明しています。</li>
		<li>上記の式に基づいて、Maxwell 3D using Eddy current solverモジュールを使用して、RMUの導電回路によって生成されるオーミック損失を解き、その後の熱シミュレーション解析のための熱源を提供します。その数式は18 として与えられます <img alt="Equation 7" src="/files/ftp_upload/66643/66643eq07.jpg" style="margin: auto;">(5) ここで、σ は導電ループ材料の導電率を示します。Jはループ内の電流密度です。</li>
	</ol></li>
	<li>計算結果<ol><li>インターフェイスの Maxwell 3D オプションをクリックし、検証チェックを開いて、エラーのすべての設定を確認します。エラーがない場合は、[ すべて分析] をクリックして解決プロセスを開始します。</li>
		<li>表3に示すように、Maxwellの後処理計算機を使用して、リング本体の渦電流フィールドのオーミック損失を計算してプロットします。</li>
	</ol></li>
</ol>3.温度場溶液
注:比較のために、温度フィールドをIcepakと定常温度に分けます。それぞれを個別に設定して解決し、比較分析を実現します。
<ol><li>Icepak モデルのセットアップ<ol><li>材料特性を次のように設定します:すべての回路ソリッド材料をCu-Pureとして指定し、表面はCu-polished-surfaceを使用します。パネルコンポーネントには、 Aluminum6061-T6 材料を選択し、放射率0.35のPaint-AL表面の表面コーティングを施します。詳細については、 表 4 を参照してください。 選択したコンポーネントを右クリックし、[ 編集 ]をクリックしてから、[ プロパティ ]に移動して、サーフェス材料とソリッド材料の両方の材料を設定します。</li>
		<li>モデルを選択し、[編集]メニューの [設定 ]をクリックし、[ マルチレベルメッシュレベル ]を選択してメッシュ設定を調整します。外部キャビネットをメッシュ レベル 2 に設定し、すべての境界をメッシュ レベル 2 に設定します。他のすべてのコンポーネントについては、メッシュ レベルを 3 に設定します。最後に、メッシュ コントロールを開き、[ 生成 ] をクリックしてメッシュを作成します。</li>
		<li>グリッドサイズに関係なくシミュレーションの精度と効率を確保するためには、グリッドの独立性の検証が必要です。メッシング用の設計ソフトウェアを使用して確立された温度場エンクロージャの幾何学的モデルをインポートします。</li>
		<li>図2に示すように、4つのグリッドセットの偏光曲線は整列しています。動作電圧が0.5Vの場合、4つのグリッドセットの電流密度はそれぞれ2.357 A/cm2、2.358 A/cm2、2.356 A/cm2、2.454 A/cm2で、最大密度と電流密度の間の誤差は1%未満です。効率と精度のバランスをとるには、987924になるグリッドサイズを決定します。</li>
	</ol></li>
	<li>ソリューションのセットアップ<ol><li>ソリューション ドメイン キャビネットの方向を [開口部] に設定します。</li>
		<li>ソフトウェアで、[ 問題ステップ]を選択します。[基本パラメータ]で[ Surface-to-Surface Radiation Model]をオンにし、[乱流領域]で[ ゼロ方程式 ]を選択し、[自然対流]で [重力 ]オプションを選択し、周囲温度を 20 °C に設定します。</li>
		<li>[ファイル]設定で、[EMマッピングの 体積熱損失 ]を選択し、[ 表示されているすべてのオブジェクト ]を選択して損失設定を完了します。</li>
	</ol></li>
	<li>温度場の計算<ol><li>icepakでは、エネルギーの3つの主要な保存方程式(質量保存方程式、運動量保存方程式、エネルギー保存方程式)を適用します。具体的には、次の19である運動量保存方程式を使用します。 <img alt="Equation 8" src="/files/ftp_upload/66643/66643eq08.jpg" style="margin: auto;">(6) エネルギー保存方程式: <img alt="Equation 9" src="/files/ftp_upload/66643/66643eq09.jpg" style="margin: auto;">(7) 質量保存方程式: <img alt="Equation 10" src="/files/ftp_upload/66643/66643eq10.jpg" style="margin: auto;">(8) 固体熱源からの熱伝達のエネルギー伝達方程式: <img alt="Equation 11" src="/files/ftp_upload/66643/66643eq11.jpg" style="margin: auto;">(9) ρ は流体の密度を表します。 v は流速ベクトルを表します。 Tは 温度を表します。 p は圧力です。 τ は、微小代謝物の表面上の粘性力です。κ は熱伝達係数です。 Shは体の熱源です。 h は流体の比エンタルピー、 F は微小代謝物の体力です。 注:温度場の計算結果を 図3A と図4Aに示します。</li>
	</ol></li>
	<li>定常熱モデルのセットアップ<ol><li>材料設定の 表3 に従って材料特性を維持します。Steady State Thermalモジュールでの渦電流場シミュレーション解析から生じるオーム損失を生成するには、 Thermal Load Generationをクリックします。</li>
		<li>[Convective Temperature Value] をクリックして 20 °C に設定し、キャビネット、コンポーネント、および外部キャビネットの内壁に対流係数 5 (W/m²°C) を適用します。設定を適用して生成します。Solve &gt; Output Resultsをクリックして、温度を解析する出力を設定します。 注:定常状態の熱温度場計算20,21,22の原理で方程式を支配する主な温度場は、通常、熱伝導の法則(フーリエの熱伝導の法則)から導き出されます。1次元の場合、温度場熱伝達方程式は20として表すことができます。 <img alt="Equation 12" src="/files/ftp_upload/66643/66643eq12.jpg" style="margin: auto;">(10) この方程式では、 T はオブジェクト内の温度、 t は時間、 xは空間座標、α は熱拡散率を表します。この方程式は、時間と空間に対する温度の変化を表しており、右側は熱伝導率と温度勾配の関係を表しています。より一般的な 3 次元シナリオでは、温度場の熱伝導方程式は次の形式で表すことができます。 <img alt="Equation 13" src="/files/ftp_upload/66643/66643eq13.jpg" style="margin: auto;">(11) ρは物体の密度、 c は比熱容量、 K は熱伝導率、 Q は体積内の熱源項です。この式は、熱伝導、熱源、および熱容量の影響を受ける温度場の変化を表しています。</li>
		<li>温度場の計算結果を 図 3に示します。 表5 と 表6にまとめた温度値を比較します。</li>
	</ol></li>
</ol>

<meta charset="utf8"></head><body>RMU温度上昇問題を調査するための包括的なアプローチ

<ol><li>Xia, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Temperature+rise+test+and+analysis+of+high+current+switchgear+in+distribution+system%5BTitle%5D)+AND+%22J+Engg%22%5BJournal%5D)">Temperature rise test and analysis of high current switchgear in distribution system.</a> J Engg. , 754-757 (2019).</li>
<li>Polykrati, A. D., Karagiannopoulos, C. G., Bourkas, P. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thermal+effect+on+electric+power+network+components+under+short-circuit+currents%5BTitle%5D)+AND+%22Electric+Power+Syst+Res%22%5BJournal%5D)">Thermal effect on electric power network components under short-circuit currents.</a> Electric Power Syst Res. 72 (3), 261-267 (2004).</li>
<li>Guan, X., Shu, N., Kang, B., Zou, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multiphysics+analysis+of+plug-in+connector+under+steady+and+short+circuit+conditions%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Trans+Comp+Packag+Manu+Technol%22%5BJournal%5D)">Multiphysics analysis of plug-in connector under steady and short circuit conditions.</a> IEEE Trans Comp Packag Manu Technol. 5 (3), 320-327 (2015).</li>
<li>Wang, L., Wang, R., Li, X., Jia, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Simulation+analysis+on+the+impact+of+different+filling+gases+on+the+temperature+rise+of+C-GIS%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Trans+Comp+Packag+Manu+Technol%22%5BJournal%5D)">Simulation analysis on the impact of different filling gases on the temperature rise of C-GIS.</a> IEEE Trans Comp Packag Manu Technol. 9 (10), 2055-2065 (2019).</li>
<li>Mueller, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Numerical+design+and+optimization+of+a+novel+heatsink+using+ANSYS+steady-state+thermal+analysis%5BTitle%5D)+AND+%222020+27th+International+Workshop+on+Electric+Drives%3A+MPEI+Department+of+Electric+Drives+90th+Anniversary+%28IWED%22%5BJournal%5D)">Numerical design and optimization of a novel heatsink using ANSYS steady-state thermal analysis.</a> 2020 27th International Workshop on Electric Drives: MPEI Department of Electric Drives 90th Anniversary (IWED. , 1-5 (2020).</li>
<li>Wang, Y., Yan, J., Yang, Z., Zhao, Y., Liu, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optimizing+GIS+partial+discharge+pattern+recognition+in+the+ubiquitous+power+internet+of+things+context%3A+A+MiNET+deep+learning+model%29%5BTitle%5D)+AND+%22Int+J+Electrical+Power+Energy+Sys%22%5BJournal%5D)">Optimizing GIS partial discharge pattern recognition in the ubiquitous power internet of things context: A MiNET deep learning model).</a> Int J Electrical Power Energy Sys. 125, 106484(2021).</li>
<li>Lei, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+3-D+steady-state+analysis+of+thermal+behavior+in%5BTitle%5D)+AND+%22EHV+GIS+Busbar.+J+Electr+Engg+Tech%22%5BJournal%5D)">A 3-D steady-state analysis of thermal behavior in.</a> EHV GIS Busbar. J Electr Engg Tech. 11 (3), 781-789 (2016).</li>
<li>Ouerdani, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Temperature+rise+simulation+model+of+RMU+with+switchfuse+combinations+for+future+load+profiles%5BTitle%5D)+AND+%22CIRED+2021+-+The+26th+International+Conference+and+Exhibition+on+Electricity+Distribution%22%5BJournal%5D)">Temperature rise simulation model of RMU with switchfuse combinations for future load profiles.</a> CIRED 2021 - The 26th International Conference and Exhibition on Electricity Distribution. , 360-364 (2021).</li>
<li>Zheng, W., Jia, X., Zhou, Z., Yang, J., Wang, Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multi-physical+field+coupling+simulation+and+thermal+design+of+10+kV-KYN28A+high-current+switchgear%5BTitle%5D)+AND+%22Thermal+Sci+Engg+Prog%22%5BJournal%5D)">Multi-physical field coupling simulation and thermal design of 10 kV-KYN28A high-current switchgear.</a> Thermal Sci Engg Prog. 43, 101954(2021).</li>
<li>Wang, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electromagnetic-thermal-flow+field+coupling+simulation+of+12-kV+medium-voltage+switchgear%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Trans+Comp+Packag+Manufact+Technol%22%5BJournal%5D)">Electromagnetic-thermal-flow field coupling simulation of 12-kV medium-voltage switchgear.</a> IEEE Trans Comp Packag Manufact Technol. 6 (8), 1208-1220 (2016).</li>
<li>Zhu, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thermal+analysis+and+design+of+GaN+device+of+energy+storage+converter+based+on+Icepak%5BTitle%5D)+AND+%222022+4th+International+Conference+on+Smart+Power+%26+Internet+Energy+Systems+%28SPIES%22%5BJournal%5D)">Thermal analysis and design of GaN device of energy storage converter based on Icepak.</a> 2022 4th International Conference on Smart Power & Internet Energy Systems (SPIES. , 762-767 (2022).</li>
<li>Ye Mao, <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thermal+simulation+of+high-current+switch+cabinet+based+on+Icepak%29%5BTitle%5D)+AND+%22Electr+Ener+Mgmt+Technol%22%5BJournal%5D)">Thermal simulation of high-current switch cabinet based on Icepak).</a> Electr Ener Mgmt Technol. , 1-7 (2018).</li>
<li>Zhang, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evaluation+of+thermal+transient+and+overload+capability+of+high-voltage+bushings+with+ATP%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Trans+Power+Delivery%22%5BJournal%5D)">Evaluation of thermal transient and overload capability of high-voltage bushings with ATP.</a> IEEE Trans Power Delivery. 24 (3), 1295-1301 (2009).</li>
<li>Ghahfarokhi, P. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Steady-state+thermal+model+of+a+synchronous+reluctance+motor%5BTitle%5D)+AND+%222018+IEEE+59th+International+Scientific+Conference+on+Power+and+Electrical+Engineering+of+Riga+Technical+University+%28RTUCON%22%5BJournal%5D)">Steady-state thermal model of a synchronous reluctance motor.</a> 2018 IEEE 59th International Scientific Conference on Power and Electrical Engineering of Riga Technical University (RTUCON. , 1-5 (2018).</li>
<li>Şeker, E. A., Çelik, B., Yildirim, D., Sakaci, E. A., Deniz, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Temperature+field+and+power+loss+calculation+with+coupled+simulations+for+a+medium-voltage+simplified+switchgear%29%5BTitle%5D)+AND+%22Electrica%22%5BJournal%5D)">Temperature field and power loss calculation with coupled simulations for a medium-voltage simplified switchgear).</a> Electrica. 23 (1), 107-120 (2021).</li>
<li>Ruibo, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Research+and+application+of+temperature+load+of+switchgear%5BTitle%5D)+AND+%22J+Physics%3A+Conf+Series%22%5BJournal%5D)">Research and application of temperature load of switchgear.</a> J Physics: Conf Series. 2378 (2022), (2022).</li>
<li>Sheikholeslami, M., Khalili, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Simulation+for+impact+of+nanofluid+spectral+splitter+on+efficiency+of+concentrated+solar+photovoltaic+thermal+system%5BTitle%5D)+AND+%22Sust+Cities+Soc%22%5BJournal%5D)">Simulation for impact of nanofluid spectral splitter on efficiency of concentrated solar photovoltaic thermal system.</a> Sust Cities Soc. 101, 105139(2024).</li>
<li>Sheikholeslami, M., Khalili, Z., Scardi, P., Ataollahi, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Environmental+and+energy+assessment+of+photovoltaic-thermal+system+combined+with+a+reflector+supported+by+nanofluid+filter+and+a+sustainable+thermoelectric+generator%5BTitle%5D)+AND+%22J+Cleaner+Prod%22%5BJournal%5D)">Environmental and energy assessment of photovoltaic-thermal system combined with a reflector supported by nanofluid filter and a sustainable thermoelectric generator.</a> J Cleaner Prod. 438, (2024).</li>
<li>Sheikholeslami, M., Khalili, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Solar+photovoltaic-thermal+system+with+novel+design+of+tube+containing+eco-friendly+nanofluid%5BTitle%5D)+AND+%22Renewable+Ener%22%5BJournal%5D)">Solar photovoltaic-thermal system with novel design of tube containing eco-friendly nanofluid.</a> Renewable Ener. , 222(2024).</li>
<li>Sheikholeslami, M., Khalili, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Environmental+and+energy+analysis+for+photovoltaic-thermoelectric+solar+unit+in+existence+of+nanofluid+cooling+reporting+CO2+emission+reduction%5BTitle%5D)+AND+%22J+Taiwan+Inst+Chem+Eng%22%5BJournal%5D)">Environmental and energy analysis for photovoltaic-thermoelectric solar unit in existence of nanofluid cooling reporting CO2 emission reduction.</a> J Taiwan Inst Chem Eng. 156, 105341(2024).</li>
<li>Zhao, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Research+on+the+temperature+rise+characteristics+of+medium-voltage+switchgear+under+different+operation+conditions%5BTitle%5D)+AND+%22IEEJ+Trans+Elect+Electr+Engg%22%5BJournal%5D)">Research on the temperature rise characteristics of medium-voltage switchgear under different operation conditions.</a> IEEJ Trans Elect Electr Engg. 17 (5), 654-664 (2022).</li>
<li>Fjeld, E., Rondeel, W., Vaagsaether, K., Attar, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Influence+of+heat+source+location+on+air+temperatures+in+sealed+MV+switchgear%5BTitle%5D)+AND+%22CIRED+-+24th+International+Conference+on+Electricity+Distribution%22%5BJournal%5D)">Influence of heat source location on air temperatures in sealed MV switchgear.</a> CIRED - 24th International Conference on Electricity Distribution. , 1-5 (2017).</li>
<li>Icoz, T., Arik, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Light+weight+high+performance+thermal+management+with+advanced+heat+sinks+and+extended+surfaces%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Trans+Comp+Pack+Technol%22%5BJournal%5D)">Light weight high performance thermal management with advanced heat sinks and extended surfaces.</a> IEEE Trans Comp Pack Technol. 33 (1), 161-166 (2010).</li>
<li>Steiner, T. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High+temperature+steady-state+experiment+for+computational+radiative+heat+transfer+validation+using+COMSOL%5BTitle%5D)+AND+%22and+ANSYS.+Results+Engg%22%5BJournal%5D)">High temperature steady-state experiment for computational radiative heat transfer validation using COMSOL.</a> and ANSYS. Results Engg. 13, 100354(2022).</li>
</ol>

<table><tbody><tr><td>空気</td><td>/</td><td>/</td><td>従来型ガス</td></tr><tr><td>アルミニウム</td><td>/</td><td>/</td><td>合金材料</td></tr><tr><td>銅</td><td>/</td><td>/</td><td>合金材料</td></tr><tr><td>Icepak</td><td>ANSYS company</td><td>ANSYS 2021R1</td><td>CFD 熱シミュレーションソフトウェア</td></tr><tr><td>PCホスティング</td><td>/</td><td>第12世代Intel(R) Core(TM) i5-13500F CPU</td><td>ホストコンピュータ機器</td></tr><tr><td>SolidWorks</td><td>、ダッソー・システムズの子会社</td>、<td>SolidWorks2021</td><td>、エンジニアリングソフトウェア、描画ツール</td></tr><tr><td>、定常熱、</td><td>ANSYS社</td><td>、ANSYS 2021R1</td><td>、熱シミュレーションソリューションツール</td></tr></tbody></table>

リング本体の温度上昇シミュレーションの比較検討

Comparative Study of Simulation of Temperature Rise in Ring Main Unit

表3のデータに基づいて、次の結論を導き出すことができます:フェーズA、B、およびCの全体的な損失は比較的類似しています。具体的には、フェーズAの総損失は16.063 W /m³、フェーズBは16.12 W /m³、フェーズCは19.57 W /m³です。損失が大きい場所は、さまざまなコンポーネントの接続部にある可能性があります。これは主に、接触抵抗と導体抵抗が通常、これらの接続ポイントに存在するためです。これらの接続部に電流が流れると、かなりの熱が発生し、これらの領域の温度が上昇し、損失が増加します。
リング本体の上部と下部の出射アームは、特に主荷重を運ぶときに、いくつかの損失を被ります。3つのフェーズのアウトアウトアームの損失はほぼ同じです。これは、電流のこの部分が比較的集中しており、規則的な形状のため、抵抗値が小さいためです。したがって、これらの部品の損失はほぼ等しくなります。
分岐バスバーの損失は、主に多数の曲がりと角度のあるセクションの存在により、比較的高くなっています。電流の大部分は、ベンド領域とコーナー付近に集中しています。真空回路ブレーカー部を除けば、バスバーの銅管部分の損失も比較的高く、合計22.32 W/m³で、3相全体のオーム損失の40%を占めています。静電気接触部の損失は、全体の損失に比べて比較的小さいです。
サーキットブレーカー固定プレート、サーキットブレーカーバッフル、リング本体の外殻などの他のコンポーネントは、損失が小さくなっています。これらは負荷に直接関与しないため、損失は主に内部コンポーネントによって伝導によって生成され、損失値が小さくなります。後処理の計算では、これらのコンポーネントの損失は特に詳細ではありません。要約すると、損失分布の主な特性が概説されており、さらなる設計最適化のための貴重な洞察を提供しています。
図3と図4の結果、および表5と表6の結果を組み合わせて、Icepakモジュールと定常状態サーマルモジュール間の温度場解の結果を徹底的に比較しました。分析プロセスでは、2つのモジュール間に相違点と類似点が観察されました。
図2Aに示すように、20〜31.24°Cの温度範囲では、RMUエンクロージャが内部コンポーネントに接触する領域に高温領域が集中します。主な理由は、これらの接触領域が通常、熱伝導の臨界経路として機能することです。動作中、内部コンポーネントが熱を発生し、熱伝導率の高い接触面を通じて筐体に伝導されるため、これらの領域の温度が上昇します。これらの領域には、上部発信ラインアームの接触点と、その近くのシェルと接触する下部発信ラインアームの部分が含まれ、温度範囲は約24〜27°Cです。 図3Bと比較すると、どちらの場合もシェルの温暖化範囲はほぼ同じであり、温度変化はホットスポットから低温領域に伝播します。図4A、Bを見ると、両方の場合の全体的な温度傾向もほぼ同じです。温度上昇の主な原因は、下部の発信ラインアームを通る熱伝導であり、これは内部導体を通過して上部の発信ラインアームから放散されます。温暖化傾向は、各フェーズの分岐バスバーや接続されたサポートバスバーなど、下部の発信ラインアームに近い領域に集中しています。さらに、図4の内部回路の温度分布を観察すると、Icepakを使用した場合も、Steady-state Thermalモジュールを使用した場合も、フェーズBの全体的な温度は他の2つのフェーズよりも一貫して高くなっています。これは主に、負荷プロセス中にフェーズBがそのフェーズの電流によって発生する熱に耐えるだけでなく、RMUの内部構造が過度にコンパクトであるため、各フェーズによって生成された熱が迅速に放散できないことを示唆しています。熱交換により、フェーズBの温度は、使用するソルバーに関係なく、他の2つのフェーズよりも高いままです。全体的な温度傾向も高い類似性を示しており、主な温度上昇は下部の発信ラインアームを介した熱伝導と上部の出力ラインアームからの熱の放散に起因しています。この傾向は、2つのモジュール間で非常に一貫しているように見えます。さらに、両方のモジュールの温度分布マップにおけるホットスポットの位置は非常に一貫しています。特に、フェーズCの分岐バスバーセクションでは、両方のソルバーが同じ最高温度を示し、その差はほとんど無視できます。これは、使用するソルバーに関係なく、RMUの熱管理には、最も高温の位置を正確に特定することが重要であることを意味します。
次に、表から、同じ電流が同じ損失を生成することがわかりますが、 表6 の各相成分の温度値は一般に 表5の温度値よりも低くなっています。例えば、RMU全体のホットスポット領域における分岐バスの温度値は、 表6 の最高温度である30.91°Cであり、一方、 表5 の分岐バスの最高温度は31.24°Cです。 その理由は、Icepakのソリューションロジックにあります:熱源としてのRMUは熱を交換して放散し続け、流体を熱伝達の媒体として設定すると、溶液ドメインの温度が媒体を通じて徐々に放出され、その結果、温度が低下します。定常熱モジュールは、周囲の空気との熱対流にあまり重点を置いておらず、代わりに熱伝導ベースのソリューションに焦点を当てています。対流を考慮するモデルと比較すると、このアプローチでは、温度場の解は包括的ではありません。その結果、気温が高い地域では、ホットスポットがより顕著になります。実際の温度上昇試験の過程では、モデル自体の特性を考慮するだけでなく、同時に熱伝達では、空気などの放熱媒体が全体の温度に与える影響も考慮されます。実用的なニーズと実験的な操作上の考慮事項と相まって、熱源としてのRMUは熱対流と熱放散を引き続き実行します。Icepakの温度シミュレーションは、実際のニーズにより一致しています。リング本体を連続的な熱対流と放散を伴う熱源として使用する場合、アイスパックの温度シミュレーションは実用的なニーズにより一致しています。それどころか、定常状態のサーマルモジュールは主に熱伝導に焦点を当てているため、場合によっては実際のニーズを満たすことができない場合があります。
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66643/66643fig01.jpg"> 図1:リング本体のモデル。(A) リング本体の全体モデル (B) リング本体の簡易モデル。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66643/66643fig01large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66643/66643fig02.jpg"> 図2:4セットのメッシュの偏光曲線。 Maxwellアダプティブメッシングは大きなパートに使用され、ローカルメッシュリファインメントは小さなパートに使用されます。設計ソフトウェアでは、リングメインキャビネットの簡略化された3Dモデルが作成され、Maxwellにインポートされ、そのMeshモジュールを使用してモデルがメッシュ化されます。この図は、モデル節点の検証を表しています。グリッドの4つのグループの電流密度は、電圧負荷下で2.357 A / cm2、2.358 A / cm2、2.356 A / cm2 、および2.354 A / cm2 であり、最大電流密度と最小電流密度の間の相対誤差は1%未満であり、計算の効率と精度を考慮に入れるために、 グリッドの最終的な番号は 1169091 であると判断されます。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66643/66643fig02large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66643/66643fig03.jpg"> 図3:アウターキャビネットの温度場解析モデル。(A) Icepak溶液によるシェル温度分布。(B) 定常熱溶液によるシェル温度分布。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66643/66643fig03large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66643/66643fig04.jpg"> 図4:内部回路の温度場解析モデル。(A) Icepak溶液を使用した伝導ループの温度分布 (B) 定常熱溶液を使用した伝導ループの温度分布。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66643/66643fig04large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td colspan="3">材料</td>
			<td>空気</td>
			<td>亜鉛メッキ鋼板</td>
			<td>銅</td>
			<td>アルミニウム</td>
		</tr><tr><td colspan="3">比熱容量 (J/(kg·K))</td>
			<td>1007</td>
			<td>500</td>
			<td>500</td>
			<td>897</td>
		</tr><tr><td colspan="3">密度(kg /m³)</td>
			<td>1.1614</td>
			<td>8030</td>
			<td>8900</td>
			<td>2689</td>
		</tr><tr><td colspan="3">相対透磁率</td>
			<td>1</td>
			<td>0.3</td>
			<td>0.9999991</td>
			<td>/</td>
		</tr><tr><td colspan="3">相対透磁率</td>
			<td>1</td>
			<td>2500</td>
			<td>1</td>
			<td>1</td>
		</tr><tr><td colspan="3">熱伝導率 (W/(m・K))</td>
			<td>0.026</td>
			<td>16</td>
			<td>386</td>
			<td>237</td>
		</tr><tr><td colspan="3">放射</td>
			<td>/</td>
			<td>0.65</td>
			<td>0.3</td>
			<td>0.1</td>
		</tr><tr><td colspan="3">電気伝導率(S/m)</td>
			<td>/</td>
			<td>0.8</td>
			<td>5.80E+07</td>
			<td>/</td>
		</tr></tbody></table>表1:リング本体内の一部の材料の物理的パラメータ。
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td>コンポーネント</td>
			<td>相対透磁率</td>
			<td>導電率/秒</td>
			<td>材料</td>
		</tr><tr><td>通電回路(バスバー、分岐バスバーなど)</td>
			<td>0</td>
			<td>3,00,00,000</td>
			<td>アルミニウム合金</td>
		</tr><tr><td>真空遮断器</td>
			<td>0.9999</td>
			<td>2,00,00,000</td>
			<td>銅合金</td>
		</tr><tr><td>体</td>
			<td>200</td>
			<td>11,00,000</td>
			<td>構造用鋼</td>
		</tr></tbody></table>表2:各コンポーネントの材料のリスト。
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td>オーム損失W /m³</td>
			<td>ある</td>
			<td>B</td>
			<td>C</td>
		</tr><tr><td>アウトレットアーム</td>
			<td>3.78</td>
			<td>3.72</td>
			<td>3.73</td>
		</tr><tr><td>ブランチバスバー</td>
			<td>2.1</td>
			<td>2.09</td>
			<td>2.1</td>
		</tr><tr><td>柔軟な接続</td>
			<td>1.3</td>
			<td>1.3</td>
			<td>1.3</td>
		</tr><tr><td>真空遮断器</td>
			<td>1.023</td>
			<td>0.95</td>
			<td>0.98</td>
		</tr><tr><td>静的接点</td>
			<td>0.36</td>
			<td>0.36</td>
			<td>0.36</td>
		</tr><tr><td>フィーダーバスバー</td>
			<td>1.33</td>
			<td>1.35</td>
			<td>1.32</td>
		</tr><tr><td>ブランチバスバー用銅管</td>
			<td>6.19</td>
			<td>6.35</td>
			<td>9.78</td>
		</tr></tbody></table>表3:相A、B、およびCコンポーネントのオーム損失値。
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td>数</td>
			<td>1</td>
			<td>2</td>
		</tr><tr><td>マテリア</td>
			<td>アルミニウム6061-T6</td>
			<td>Cu-ピュア</td>
		</tr><tr><td>熱伝導率 (W/m・K)</td>
			<td>167</td>
			<td>387.6</td>
		</tr><tr><td>密度(kg /m³)</td>
			<td>8933</td>
			<td>2700</td>
		</tr><tr><td>比熱容量/(kg·K)</td>
			<td>/</td>
			<td>896</td>
		</tr><tr><td>表面素材</td>
			<td>ペイント-AL表面</td>
			<td>Cu-研磨面</td>
		</tr><tr><td>放射</td>
			<td>0.35</td>
			<td>0.052</td>
		</tr></tbody></table>表 4: マテリアル パラメータの設定。
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td>温度監視ポイント/温度(°C)</td>
			<td>ある</td>
			<td>B</td>
			<td>C</td>
		</tr><tr><td>アッパーアウトレットアーム</td>
			<td>25.48</td>
			<td>25.79</td>
			<td>25.63</td>
		</tr><tr><td>メインバスバー</td>
			<td>25.93</td>
			<td>26.28</td>
			<td>26.13</td>
		</tr><tr><td>ブランチバスバー</td>
			<td>29</td>
			<td>29.18</td>
			<td>30.01</td>
		</tr><tr><td>ブランチバスバー銅管</td>
			<td>31.04</td>
			<td>31.18</td>
			<td>31.24</td>
		</tr><tr><td>下部アウトレットアーム</td>
			<td>26.5</td>
			<td>26.98</td>
			<td>26.92</td>
		</tr></tbody></table>表5:定常状態熱場解法モジュールの下のリング本体の各相の温度値。
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td>温度監視ポイント/温度(°C)</td>
			<td>ある</td>
			<td>B</td>
			<td>C</td>
		</tr><tr><td>アッパーアウトレットアーム</td>
			<td>23.73</td>
			<td>23.82</td>
			<td>23.81</td>
		</tr><tr><td>メインバスバー</td>
			<td>25.15</td>
			<td>25.17</td>
			<td>25.35</td>
		</tr><tr><td>ブランチバスバー</td>
			<td>27.76</td>
			<td>28.04</td>
			<td>29.07</td>
		</tr><tr><td>ブランチバスバー銅管</td>
			<td>28.42</td>
			<td>29.31</td>
			<td>30.91</td>
		</tr><tr><td>下部アウトレットアーム</td>
			<td>24.95</td>
			<td>24.85</td>
			<td>26.33</td>
		</tr></tbody></table>表6:Icepak温度フィールドソリューションモジュールの下のリングキャビネットの各フェーズの監視ポイントでの温度値

The Ring Main Unit (RMU) is a critical device in power distribution systems used for connecting and distributing electricity. However, due to its compact ...

comparative-study-of-simulation-of-temperature-rise-in-ring-main-unit

Research

JoVE Journal

Engineering

工学

固体冷却過程の調査と形状記憶合金(SMA)の弾性材料特性の評価のための実験的方法が紹介されています。カスタムメイドのテストリグは、エラストカロリー冷却プロセスの制御と包括的な監視のために設計されています。さらに、熱機械連成モデリングアプローチの検証プラットフォームを提供します。...

形状記憶基づきElastocaloric冷却プロセスの調査とモデル検証のための実験方法

相互依存のコリオリ力と回転チャネルの全視野熱伝達分布回転浮力の影響を切り離すための実験方法を紹介します。...

連結を解くコリオリの力と全視野熱回転浮力の影響回転チャネルのプロパティを転送します。

電気可変容量ポンプ(EVDP)の予備設計を特にサポートするシミュレーションモデルが開発され、実験によって部分的に検証されます。制御性能、寿命、信頼性などはすべて、EVDP予備設計タスクの主な性能要件をカバーする提案されたモデルを使用して評価することができます。...

電気可変容量ポンプの予備設計のためのモデリングとシミュレーション手法

実験室の土壌温暖化実験では、通常、複数のチャンバーで2つ以上の一定の温度を使用します。洗練された環境チャンバーを提示することにより、その 場...

土壌インキュベーション実験における温度シミュレーション

この記事では、シミュレータであるOPAL...

リアルタイムシミュレータを用いたDCマイクログリッドの階層制御に関する実験的検討

このプロトコルは、マクロ関数を含む Python スクリプトによって自動的に生成されたデータセットを使用して、溶接シミュレーション用の人工ニューラル...

溶接のデジタル実験のための代理モデル開発

本稿では、交流(AC)および直流(DC)で駆動される蒸留塔ボイラー内の加熱要素の熱挙動とエネルギー効率に関する比較研究を紹介し、最低温度および最高温度、熱データの平均、変動係数などの統計的結果からその性能を評価します。...

赤外線サーモグラフィー解析を用いた蒸留カラムにおける交流と直流電気加熱の熱挙動および電力効率の比較

温度勾配ブロックを紹介し、その構造と利用方法を詳しく説明します。このブロックは22段階の離散温度を提供し、0°Cから90°Cまでのユーザー定義範囲に線形分布しています。...

土壌有機物分解速度の温度応答:温度勾配ブロックの構築と応用

このプロトコルは、テラヘルツメタマテリアルアブソーバーのシミュレーション、製造、および特性評価の概要を示しています。このような吸収体は、適切なセンサーと組み合わせると、テラヘルツイメージングおよび分光法に応用できます。...

テラヘルツメタマテリアルアブソーバのシミュレーション、作製と評価

ここに記載の高圧及び高温の実験は、遊星内部分化プロセスを模倣する。プロセスは、高解像度の3Dイメージングおよび定量化学分析によって可視化し、よりよく理解される。...

研究室での惑星インテリア分化過程のシミュレーション

学ぶ有限要素法を用いた電気機器の温度上昇シミュレーションの比較解析手法。異なる温度場解析モジュールを評価し、シミュレーション誤差を低減して実験データとの整合性を向上させる計算的手法を解説します。

リング本体の温度上昇シミュレーションの比較検討

さらに動画を探す