低压开关柜是一种广泛应用于电能分配与控制领域的输配电装备,随着社会发展的需求,低压开关柜已经从最初的体积庞大、功能单一逐渐向高性能、微型化、通信化以及智能化发展。随着低压开关柜的发展,柜内主母线铜排承载的电流值不断提高,而在较大的电流条件下,柜内主母线截面形式、排列布置及固定方案必须严格设计,才能满足柜体系统散热和主母线动稳定要求。本文以额定电流7500A低压开关柜为研究对象,采用仿真分析手段,对开关柜内主母线铜排电磁场、热流场以及短路电动力展开多物理场分析。通过温升与铜排应力场仿真分析,给出主母线铜排的截面形状、铜排排布以及主母线系统固定的最优方案,设计了完整的7500A低压开关柜主母线系统方案。本文主要研究内容如下:(1)对主母线铜排电磁场有限元仿真,分析了同一导体分别加载相同有效值的直流和交流电条件下,电流密度分布情况。加载交流电时,由于感应涡流的存在,导体截面电流密度分布不均,导致集肤效应和邻近效应。针对集肤效应,比较了相同电流载荷的情况下,多种异型铜排的电流分布和单位长度损耗,给出C型铜排优化设计方案。针对邻近效应,采用双导体联合加载电流,通过研究导体损耗与导体间排布距离的关系,发现邻近效应随排间距增大而减弱。(2)以电磁场分析得到的损耗值作为边界条件,进行低压开关柜温升模拟,并经过试验证明模拟结果可靠。自然对流情况下,分析开关柜内流场和温度场的分布,得到温升危险点在断路器附近的铜排上。给出对流散热情况下的强迫风冷方案,可将柜内温升降至50K。(3)进行主母线铜排的动稳定校核,提出短路耐受强度分析方法,采用有限元仿真手段分析了主母线铜排的短路电动力变化规律,发现B相铜排将受到最大的短路电动力,通过应力应变结果,给出主母线系统最优固定方案。设计主母线铜排短路耐受能力试验,验证了仿真分析的准确性。本文分析结果对低压开关柜主母线系统的分析具有较为普遍的参考意义,可以作为未来进行大电流低压开关柜研发的理论基础。