[發明專利]一種考慮土壤局部干燥的直埋單芯電纜載流量計算方法

在審

• 申請號: 201510072550.9
• 申請日: 2015-02-11
• 公開（公告）號: CN104657609A
• 公開（公告）日: 2015-05-27
• 發明（設計）人: 劉剛;王振華
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 李斌

技術領域

本發明涉及電力電纜載流量計算領域，特別涉及一種考慮土壤局部干燥的直埋單芯電纜載流量計算方法。

背景技術

相對于架空線，電力電纜大多以直埋、排管、隧道等方式敷設在地下，不僅輸電的安全性能得到保證，還能節省大量土地資源。隨著城市的快速發展，城市用地日益緊張，電力電纜取代架空線路為城市供電成為一大趨勢。電力電纜投入運行面臨的最大問題是如何確定其輸送電能的能力，即如何準確計算載流量。

當前，計算載流量的方法有多種，IEC60287給出了多種敷設方式下電力電纜載流量的計算公式，但其計算偏于保守，使得電纜的載流能力得不到充分利用，造成極大的浪費。另一種在工程應用中使用較多的方法是分層熱路法，這種方法比較實用，且能很好地體現電纜的傳熱特性。但是，目前利用熱路法進行計算時，通常基于電纜表皮溫度內推計算，或者將電纜外部的敷設環境當做一層熱阻進行計算。將外部環境做一層熱阻的做法簡化了敷設環境的復雜性，不符合實際熱擴散特性，造成較大的計算誤差。

對于直埋敷設電纜，當其長期運行時，溫度升高會使電纜周圍土壤發生水分遷移，從而在電纜周圍形成一個局部干燥區域，該區域的熱阻率遠高于自然土壤。而如果按照一層熱阻計算直埋電纜載流量難以保證計算精度。因此，有必要考慮土壤局部干燥的影響，以便能更加準確的計算出直埋電纜的載流量。

發明內容

本發明的主要目的在于克服現有技術的缺點與不足，提供一種考慮土壤局部干燥的直埋單芯電纜載流量計算方法。

為了達到上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種考慮土壤局部干燥的直埋單芯電纜載流量計算方法，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，經過計算得到考慮局部干燥情況的直埋單芯電纜載流量。

優選的，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：

假設1、電纜運行中，其幾何參數恒定；

假設2、不考慮軸向傳熱，認為電纜運行為一維熱傳導過程；

假設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構，另外，絕緣層會產生損耗，這部分損耗以熱流形式疊加到導體產生的熱流流過絕緣層以外的各層，同樣，金屬護套中會產生損耗，這部分損耗以熱流形式疊加到導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，由于導體屏蔽和絕緣屏蔽的導熱系數高，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；△t表示材料內外表面的溫差；Q表示流過材料的熱流；

S1.4、構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。

優選的，步驟S2中，土壤是一種多孔介質，其導熱性能不僅與土壤顆粒有關，還與孔隙大小以及孔隙含水量有關，當電纜本體發熱引起土壤溫升時，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域，該區域的熱阻系數不同于自然土壤，因此可用兩層熱阻表示土壤的傳熱特性，為了計算方便，認為局部干燥區域為與電纜本體同軸的柱形區域，干燥區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％設計載流量時，干燥區域邊界已經穩定通過實驗即可測量邊界厚度。

優選的，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構串聯起來得到的。

優選的，步驟S4中，計算直埋電纜載流量的公式為：