高電力変圧器が過電圧により壊滅的な故障を起こしました。産業用CTと超音波によるタンク内部の3D再構築により、巨大な電磁力が銅巻線を物理的に移動させたことが明らかになりました。この激しい動きにより紙絶縁が破れ、内部短絡が発生し、最終的に機器が爆発しました。
ANSYS Maxwellによる電磁界シミュレーションと銅の疲労 ⚡
ANSYS Maxwellを使用して、短絡時の過渡磁界をモデル化しました。結果は、故障電流が外部巻線に500 kNを超えるローレンツ力を発生させることを示しています。これらの周期的な力は、短時間ではあるものの、焼きなまし銅に塑性変位を誘導します。材料の疲労は、ノーメックス紙絶縁材を圧縮し引き裂く永久変形として現れ、その絶縁破壊強度を低下させ、破壊点に至らせます。
故障の3D再構築から得られた教訓 🔍
CTデータからSolidWorksを用いた3D再構築により、巻線の軸方向の崩壊を視覚化することができました。分析により、元の設計ではアセンブリの軸方向剛性が過小評価されていたことが明らかになりました。これは、銅のヒステリシスを無視した疲労シミュレーションでよくある誤りです。将来の設計では、ANSYS Maxwellを繰り返しひずみ疲労モデルと統合し、絶縁が破損する前に微細な変位を検出するために、必ず産業用断層撮影で検証することを推奨します。
3D再構築された高電力変圧器の短絡後、移動した巻線における内部応力の再分布が銅と絶縁体の疲労寿命にどのように影響するか
(追記: 材料の疲労は、10時間のシミュレーション後のあなたの疲労のようなものです。)