基于ANSYS電氣設備接頭的電熱耦合場分析
李想，張琦，王曉娟，周穎
（三峽大學 電氣與新能源學院，湖北 宜昌 443002）
摘 要：因電氣設備電接觸不良而導致設備局部放熱，是導致電網(wǎng)事故的主要原因之一。基于霍姆電接觸理論，利用ANSYS 軟件建立更為直觀的球面導體接觸模型。該模型充分考慮了電氣設備連接處實際接觸散熱情況，利用有限元法對接頭進行電熱耦合場分析。仿真結果表明了在同種材料和不同材料接觸時，最高溫度均發(fā)生在接觸斑點處；但當不同材料接觸時，上下接頭的溫度場分布不一樣，接頭最終溫度受材料的電阻系數(shù)、導熱系數(shù)等因素影響，電阻系數(shù)越大，導熱系數(shù)越小，最終接頭的溫度越高，如果電流過大，一般這種材料先發(fā)生軟化或熔化。
關鍵詞：電接觸；電熱耦合；穩(wěn)態(tài)熱分析；有限元分析
中圖分類號：TM503+.5 文獻標識碼：A 文章編號：1007-3175(2017)10-0034-04
Analysis of Electro-Thermal Coupling Field of Electrical Equipment Contact Based on ANSYS
LI Xiang, ZHANG Qi, WANG Xiao-juan, ZHOU Ying
（College of Electrical Engineering & New Energy, China Three Gorges University, Yichang 443002, China）
Abstract: That the bad contact of electrical equipment leads to the equipment local heating is the main cause of power network accidents. Based on Holm's contact theory, the software ANSYS was used to build a more intuitive spherical conductor contact model. This model sufficiently considered the actual contact heat dissipation of the electrical equipment junction and used the finite element method to analyze the electro-thermal coupling. The simulation result shows that the highest temperature occurs at the contact spot whether the contact surfaces have the same materials or not. However, when the different materials contact, the upper and lower joints of the temperature field distribution are different, and the final temperature of the contact will be affected by resistance coefficient and heat conductivity coefficient etc. The bigger the resistance coefficient, the smaller the heat conductivity coefficient and the higher the final contact temperature. If overcurrent occurs, the material will soften or melt firstly.
Key words: electrical contact; electro-thermal coupling; steady state thermal analysis; finite element analysis
參考文獻
[1] 劉子民，吳駿，劉曉鋒. 影響并溝線夾接觸電阻的因素研究[J]. 電氣技術，2016，17(10)：132-134.
[2] 袁德富.10 kV并聯(lián)電容器組發(fā)熱原因分析及其對策[J]. 通訊世界，2016(14)：154-155.
[3] WILSON C, MCINTOSH G, TIMSIT R S.Contact Spot Temperature and the Temperature of External Surfaces in an Electrical Connection[J]. International Conference on Electrical Contacts，2012，259(3)：12-17.
[4] PARK S W, CHO H. A Practical Study on Electrical Contact Resistance and Temperature Rise at at the Connections of the Copper Busbars in Switchgears[J].Electrical Contacts，2015，5(17)：1-7.
[5] 張建峰，王翠玲，吳玉萍，等. ANSYS有限元分析軟件在熱分析中的應用[J]. 冶金能源，2004，23(5)：9-12.
[6] 任萬濱，武劍，陳宇，等. 電觸點材料接觸電阻高精密測量技術[J]. 電工技術學報，2014，29(1)：31-36.
[7] 周蠡，魯鐵成，張博，等. 基于三維分形接觸電阻模型的粗糙表面多物理場耦合分析[J]. 電工技術學報，2015，30(14)：226-232.
[8] 任曉霞. ANSYS在低壓電器觸頭電接觸穩(wěn)態(tài)熱分析中的應用[J]. 電氣技術，2008，9(12)：83-85.
[9] 盧旻. 基于ANSYS 仿真的10 kV 開關柜絕緣改造[J].電氣技術，2015，16(9)：83-85.
[10] 楊華威，袁廣江，肖劉.ANSYS 接觸單元在接觸熱阻仿真中的應用[J]. 微波學報，2012(S2)：241-244.
[11] 侯亞麗，汪建文，劉志剛. 微細長豎圓柱外側的自然對流換熱[J]. 制冷學報，2013，34(2)：60-65.
[12] 錢濱江，伍貽文，常家芳，等. 簡明傳熱手冊[K].北京：高等教育出版社，1983.
