Влияние типов теплообмена на процесс нагрева
После 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 60 x 10. Зависимость от времени максимальной температуры для Lexan и Powersil .
Рис. 4.7. Сравнение результатов задачи 6 и 1. Шины сечением 80 x 20. 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.
Дата добавления: 2018-10-26; просмотров: 256; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!