KYN28A-12温度场部分(ANSOFT仿真)要点

某市级电业局开关柜项目汇报——温度场部分（ANSOFT 仿真）

5 温度场分布

柜体的发热损耗来源于涡流损耗，这些热量通过柜体表面的自然对流换热和热辐射两种方式发散到周围环境。假设各种材料的热物性为常数，不随材料温度而改变。则温度场的控制方程为：

Q z T z y T y x T x t T c +⎪⎭

⎫

⎝⎛∂∂∂∂+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂∂∂+⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂∂∂=∂∂λλλρ

式中ρ为材料的密度；λ、c 为材料的导热系数和比热；Q 为内热源强度。 在母排的外表面上应该满足对流和辐射边界条件

()()

44

c a a q n k T T T T εσ⋅=-+-

上式中

a T 是环境温度；σ表示史蒂芬-玻尔兹曼常数；ε表示母排表面的热发生率；c k 表示母

排表面的对流换热系数；q 表示热流密度矢量。 5.1 开关柜的热稳定时间

将涡流场计算得到的焦耳损耗作为热源导入，并设定相应的辐射边界条件，和对流散热边界条件，分别计算了开关柜在环境温度为30度和40度时的温度场。通过对工作电流为4000时，1000mm 开关柜的瞬态温度场计算，得出当时间为1200s 时，开关柜的温度场分布以及基本稳定。

T=200S 时开关柜温度场分布 T=1000S 时开关柜温度场分布

T=1200S 时开关柜温度场分布 T=3059S 时开关柜温度场分布

由以上图可以看出，当T=1200S 时，开关柜的温度场已经基本稳定。

5.2 母排的温度场分布

母排的焦耳损耗来源于源电流的电阻发热损耗和感应发热，母排的电阻包括载流导体电阻及接触电阻。此时应注意：

（1）集肤效应，对交流电流流过的导体，由于电流产生磁通的作用，在导体截面各部分的地阿妈流密度是不平均的。

（2）邻近效应。对两个交流载流导体的并联导体，由于一个导体产生的磁通对另一个导体的作用，使其电流密度分布不均匀，从而影响交流电阻及焦耳损耗。

计算母排的发热既要考虑涡流损耗又要考虑电流损耗，即

11

22

rr Q J J H H ωμσ**=

⋅+⋅ 以上各式中H 是复磁场强度；J 是复电流密度（上标“*”表示复变化）；σ是电导率；ω是角

频率；YY μ是复磁导率的虚部，r rr

j μμμ=-；H 是复磁场强度，E 是电场强度。

当工作电流为1250A 、1600A 、2000A 、3150A 、4000A 时，母排和电流互感器温度场分布分别如图6~图10所示。母排与断路器开关接触部分由于接触电阻造成的损耗较大，温度较高。当工作电流小于2000A 时，母排温升较小，平均温升小于15度。当工作电流达到3150A 以上时，母排温升急剧增大，当工作电流为4000A 时，母排平均温度超过70度，触点位置温度接近100度。

I=1250A I=1600A

I=2000A I=3150A

1=4000

5.2 1000mm 柜体温度场分布（环境温度为30度）

柜体的温升主要是由柜体内部感应发热产生的热量所造成的。感应发热是一种由交变磁场中放置的导磁体产生的涡流损耗引起的发热现象。

柜体的钢材上有交流磁通交链时，按照楞次定律，产生阻碍磁通变化的电流流过钢材，即涡流，由此带来的涡流损失引起柜体发热，即

1

2

rr Q H H ωμ*=⋅

金属封闭开关柜的热量是一个积累的过程。柜体表面的传热有辐射和对流两种，开关柜外表面为大空间自然对流散热和辐射散热。由于柜体封闭，内部很少对流，因此对流散热不便，发热较为严重。

柜体接近导体的部分，涡流损耗比较明显，特别是导体穿过部分，发热十分严重。另外导体和非磁性材料拼接的边角处，涡流损耗也比较严重。成为整个开关柜温升最高的地方。并且随着工作电流的增大，柜体温度温升变大愈加急剧。

5.2.1 开关柜温度场整体分布

I=1250A I=2000A

I=3150A I=4000A 5.2.2 开关柜左侧温度场分布

图 5-2-1 I=1250A 图 5-2-3 I=1600A

I=2000A I=3150A

I=4000A

5.2.3开关柜正面温度场分布

I=1250A I=1600A

I=2000A I=3150A

I=4000A

5.2.4柜体右侧面温度场分布

I=1250A I=1600A

I=2000A I=3150A

I=4000

5.2.5 开关室隔板的温度场分布

开关室隔板由不锈钢制成，整体涡流损耗较小。由于母排从左侧穿出开关柜，左侧钢材柜体涡流较大，因此隔板左侧和钢材柜体拼接处有一定的涡流损耗，温升较为明显。另外在上方两个角落和柜体拼接处涡流损耗较大，并且和柜体温升最高处相拼接，温升很大。

I=1250A I=1600A

I=2000A I=3150A

I=4000A

5.2.6 顶部温度场分布

当工作电流为4000A时，柜体内各个封板的温度场分布图上图所示，由图中可以看出，除顶部封板温度较高外，其他各个封板温升并不高。

I=1250A I=2000A

I=3150A I=4000A

5.3 环境温度为40度时开关柜温度场分布

当环境温度为40度时，工作电流为4000A时，开关柜温度场分布如下。

从图中可以看出，当环境温度为40度时，整体平均温度10度左右的增幅，但是最高温升部位并没有明显变化。

5.4 1200mm柜温度场分布

当环境温度为30度时，1200mm柜的温度场分布如下。