電気バスバー
配電では、図 1 に示すバスバーは金属ストリップまたはバーであり、通常、局所的な高電流配電用のスイッチギア、パネル ボード、およびバスウェイ エンクロージャ内に収容されます。また、図 2 に示すように、配電盤の高電圧機器やバッテリー バンクの低電圧機器を接続するためにも使用されます。これらは一般に絶縁されておらず、絶縁されたピラーによって空中で支持されるのに十分な剛性を備えています。これらの機能により、導体を十分に冷却し、新しいジョイントを作成せずにさまざまなポイントでタップすることができます。したがって、電気バスバーは、電気エネルギーを 1 つの場所に集めます。バスバーのいずれかのセクションで障害が発生した場合、そのセクションに接続されているすべての回路機器をトリップして、可能な限り短時間で完全に分離する必要があります。
図1 -給電線の接続に使用されるバスバー
図 2 -バスバーで接続された高出力ケーブル
EMS for Solidworks を使用した DC 電流を伝導するバスバーの電熱シミュレーション
この例では、図 3 に示すように、変圧器から電気デバイスに DC 電流を伝送するバスバーをシミュレートします。バスバーを流れる電流は、抵抗損失により熱を発生します。この現象はジュール熱と呼ばれます。ジュール熱効果は、電流とエネルギーの保存則によって記述されます。解決されると、2 つの保存則はそれぞれ温度と電場を与えます。
電気伝導またはいわゆる電流フロー解析は、低周波電磁ドメインまたはレジームに属します。また、時間に依存しません。さらに、物体のサイズは波長よりもはるかに小さいです。絶縁体と導電体を扱う静電解析とは異なり、電気伝導は電流の流れを維持できる導電性媒体のみを扱います。
私たちの場合、電気伝導ソルバーは熱解析と結合されています。この種のシミュレーションは、電界、電流密度、電位、および安全係数を解決します。熱解析は、電気伝導ソルバーによって計算された熱量を取得し、他の熱入力に加えて、温度、熱流束、温度勾配などの熱結果を生成します。
図 3 -取り付けられたバスバー
シミュレーションのセットアップ
EMS で電気伝導と熱の連成スタディを作成した後、次の 4 つの重要な手順を実行する必要があります。
すべてのソリッド ボディに適切なマテリアルを適用する
必要な電磁入力を適用します
必要な熱入力を適用します
モデル全体をメッシュ化し、ソルバを実行します
材料
バスバーは銅製、ボルトはチタン製です。下の表に、各材料の電気伝導率を示します。
| コンポーネント/ボディ | 材料 | 導電率 (S/m) |
| ボルト | チタン | 740700 |
| バスバー | 銅 | 5.998e+7 |
電磁入力
この研究では、固定電圧 (表 2) が唯一の電磁入力です。
| 名前 | 定電圧 |
| ボルト1 | 0.02V |
| ボルト2/3 | 0V |
熱入力
この例では、ボルトの接触面を除くすべての面に自然対流が適用され、周囲温度は 293.15 K です。
メッシング
メッシングは、あらゆる FEA シミュレーションにおいて非常に重要なステップです。 EMS は、モデルの体積、表面積、およびその他の幾何学的詳細を考慮して、モデルの全体的な要素サイズを推定します。生成されるメッシュのサイズ (節点と要素の数) は、モデルのジオメトリと寸法、要素サイズ、メッシュ許容値、およびメッシュ コントロールによって異なります。おおよその結果で十分な設計解析の初期段階では、解析を高速化するために、より大きな要素サイズを指定できます。より正確な解を得るには、より小さい要素サイズが必要になる場合があります。メッシュの品質は、メッシュ コントロールを使用して調整できます。これは、ソリッド ボディと面に適用できます。図 7 では、ボルトとボルトが接触する部分でメッシュが小さくなっています。
図 7 -メッシュ モデル
電熱結果
図 8 は、ボルトの周囲に集中しているバスバー内の電界を示しています。したがって、図 9 に示すように、電流密度もボルトの周囲に集中します。
結論
EMS は、電力用途に使用されるバスバーの電界と温度を計算できます。さらに、バスバー全体の温度勾配を確認して、過熱が発生しないようにすることができます。
