开关柜母线的设计与仿真分析

易洋

摘要：在现有的开关柜实心型母线的基础上，利用穿孔技术，设计了一种新型的孔洞型母线。孔洞型母线能够有效减弱集肤效应，并且达到了节省铜用量的目的。在有限元分析软件COMSOL中对母线进行建模，利用电流与温度场耦合的方法，分析比较了实心型母线和孔洞型母线的温升，得出了孔洞型母线能够有效减小温升的结论。理论分析与仿真分析均表明，文章所设计的孔洞型母线性能优良，可以在实际工程中推广应用。

Abstract： On the basis of the existing solid bus-bar in switchgear， a hole-type bus-bar is designed by perforating technique. The hole-type bus-bar is able to reduce skin effect as well as saving copper consumption. The bus-bar model is made in COMSOL， the temperature rise of solid bus-bar and hole-style bus-bar is analyzed and compared by current and temperature field coupling method. The conclusion that hole-type bus-bar can reduce temperature rise is made. Through theoretical analysis and simulation analysis， the designed hole-type bus-bar has good performance to be applied in practical engineering.

关键词：母线；有限元；温度场

Key words： bus-bar finite；element；temperature field

中图分类号：TM591 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）21-0170-03

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开关柜是电力系统中的重要设备，在电网中的应用非常普遍。目前，开关柜中的母線普遍采用实心型的铜体[1]。一方面，由于导体处于交变的磁场中，会产生集肤效应和邻近效益，电流趋向于分布在母线表面，母线的交流电阻增大，发热增加；另一方面，由于母线为实心型，与空气的表面接触面积较小，不利于散热，导致温升过高，容易引发事故。由于母线过热造成的设备损坏等运行事件成为了开关柜安全运行的隐患[2，3]。针对以上问题，本文设计一种在不改变母线槽以及母线外表面的条件下的新型母线，方便实际工程的应用。该新型母线为孔洞型母线，即在母线截面上进行穿孔处理，实心型母线与孔洞型母线的对比如图1所示。本文以10mm*120mm*1000mm的母线为例，利用有限元分析软件对其进行建模，通过仿真分析，验证在相同载流量的情况下，孔洞型母线的温升小于实心型母线，从而得出所设计的新型母线不仅节省了原材料，并且更加有利于运行的结论。……