[發(fā)明專利]一種考慮土壤局部干燥的直埋單芯電纜載流量計算方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201510072550.9
• 申請日: 2015-02-11
• 公開（公告）號: CN104657609A
• 公開（公告）日: 2015-05-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉剛;王振華
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 李斌

1.一種考慮土壤局部干燥的直埋單芯電纜載流量計算方法，其特征在于，包括下述步驟：

S1、對單芯電纜本體進行熱路建模；

S2、考慮土壤局部干燥，對電纜外部土壤進行熱路建模；

S3、將單芯電纜本體熱路與電纜外部土壤熱路連接起來，得到直埋單芯電纜熱路模型；

S4、對熱路模型進行求解，經(jīng)過計算得到考慮局部干燥情況的直埋單芯電纜載流量。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的考慮土壤局部干燥的直埋單芯電纜載流量計算方法，其特征在于，步驟S1中，對單芯電纜本體進行熱路建模包括下述步驟：

S1.1、提出建模的假設(shè)：

假設(shè)1、電纜運行中，其幾何參數(shù)恒定；

假設(shè)2、不考慮軸向傳熱，認為電纜運行為一維熱傳導(dǎo)過程；

假設(shè)3、電纜外護套表面為等溫面；

S1.2、分析電纜徑向熱流，當電纜線芯通過大電流時，由于交流電阻存在而產(chǎn)生損耗，該部分損耗以熱流的形式由里向外通過電纜各層結(jié)構(gòu)，另外，絕緣層會產(chǎn)生損耗，這部分損耗以熱流形式疊加到導(dǎo)體產(chǎn)生的熱流流過絕緣層以外的各層，同樣，金屬護套中會產(chǎn)生損耗，這部分損耗以熱流形式疊加到導(dǎo)體和絕緣層熱流流過鋁護套外部各層；

S1.3、分析電纜各層材料的熱阻特性，由于導(dǎo)體屏蔽和絕緣屏蔽的導(dǎo)熱系數(shù)高，且厚度較小，忽略其對傳熱的影響，將單芯電纜其他各層分別用一層熱阻表示其對熱流的阻礙作用，熱阻是材料固有的屬性，用公式(1)定義熱阻，

T=ΔtQ---(1)]]>

式中，T表示熱阻；Δt表示材料內(nèi)外表面的溫差；Q表示流過材料的熱流；

S1.4、構(gòu)建電纜本體熱路模型，將流過電纜的熱流和電纜各層熱阻分別用類似電路中電流源和電阻的熱流和熱阻表示，得到等效熱路模型。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的考慮土壤局部干燥的直埋單芯電纜載流量計算方法，其特征在于，步驟S2中，土壤是一種多孔介質(zhì)，其導(dǎo)熱性能不僅與土壤顆粒有關(guān)，還與孔隙大小以及孔隙含水量有關(guān)，當電纜本體發(fā)熱引起土壤溫升時，電纜周圍土壤水分在熱作用下，向外層土壤遷移，在電纜周圍形成干燥區(qū)域，該區(qū)域的熱阻系數(shù)不同于自然土壤，因此可用兩層熱阻表示土壤的傳熱特性，為了計算方便，認為局部干燥區(qū)域為與電纜本體同軸的柱形區(qū)域，干燥區(qū)域的厚度隨著線芯電流增大而增大，但其變化率越來越小因此，認為當線芯電流達到90％設(shè)計載流量時，干燥區(qū)域邊界已經(jīng)穩(wěn)定通過實驗即可測量邊界厚度。

4.根據(jù)權(quán)利利要求1所述的考慮土壤局部干燥的直埋單芯電纜載流量計算方法，其特征在于，步驟S3中，所述熱路模型是將本體部分熱路與外部土壤的兩層熱阻結(jié)構(gòu)串聯(lián)起來得到的。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的考慮土壤局部干燥的直埋單芯電纜載流量計算方法，其特征在于，步驟S4中，計算直埋電纜載流量的公式為：

I={Δt-0.5ωdT1-ωd(T2+T3+T4+T5+T6+T7)R[T1+T2+T3+T4(1+λ1)(T5+T6+T7)}0.5---(2)]]>

式中，I為電纜的載流量，A；Δt為高于環(huán)境溫度的導(dǎo)體溫升，℃；ω_d為絕緣單位長度的介質(zhì)損耗，W/m；R為最高工作溫度下導(dǎo)體單位長度的交流電阻，Ω/m；T₁為導(dǎo)體絕緣單位長度的熱阻，K·m/W；T₂為繞包帶單位長度的熱阻，K·m/W；T₃為氣隙層單位長度的熱阻，K·m/W；T₄為金屬鋁護套單位長度的熱阻，K·m/W；T₅為外護套單位長度的熱阻，K·m/W；T₆為局部干燥土壤單位長度的熱阻，K·m/W；T₇為自然土壤單位長度的熱阻，K·m/W；λ₁為電纜金屬護套損耗相對于導(dǎo)體損耗的比率。