聚变设施中杂散电磁场作用下电缆桥架结构的温度升高特性及其优化设计

《IEEE Transactions on Plasma Science》：Temperature-Rise Characteristics of Cable Tray Structures Under Stray Electromagnetic Fields in Fusion Facilities and Optimization Design

　　

摘要：

安装在聚变电源系统周围的金属电缆托盘会暴露在高电流馈线、交流母线和纹波电流组件产生的杂散磁场中。在这种条件下，导电托盘结构可能会经历涡流效应，对于铁磁材料而言，还会产生磁滞损耗，这可能导致不可忽视的局部发热并危及热安全。本文建立了一种用于聚变设施中电缆托盘结构的电磁-热耦合分析方法。首先，为设计中的聚变设施电源布局构建了一个特定现场的3D工程模型，并评估了两个代表性托盘位置的温度升高风险。其次，使用一个代表性的参数模型来比较材料、几何结构、安装间距和接地方法的影响。工程案例结果显示，在反应堆侧的托盘温度升高约 33?° 摄氏度，而靠近交流母线的托盘温度升高约 51.4?° 摄氏度。参数研究进一步表明，与Q235碳钢相比，316L316不锈钢和6063铝合金等低磁导率材料可以显著降低发热；穿孔或网状结构可以减弱大的闭合电流回路；将托盘与馈线的间距从100毫米增加到200毫米可以将峰值温度升高降低约40%；与多点接地相比，单点或分段接地可以降低局部热点的严重程度。基于这些结果，本文提出了一种实用的优化方案，涵盖了材料选择、结构形式、间距和接地布置等方面，适用于聚变设施的电缆托盘。