[發明專利]地線與預絞絲接觸端口接觸電阻的有限元熱分析等效方法

在審

• 申請號: 201810102993.1
• 申請日: 2018-02-01
• 公開（公告）號: CN108416097A
• 公開（公告）日: 2018-08-17
• 發明（設計）人: 劉剛;郭德明;陳星宇
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 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

本發明公開了一種地線與預絞絲接觸端口接觸電阻的有限元熱分析等效方法，首先通過實驗獲取架空地線與預絞絲接觸端口的接觸電阻的阻值；計算得到該接觸電阻對應的接觸面積；根據接觸電阻和接觸面積，計算出熱流密度；建立地線與預絞絲的三維模型，并在接觸端口的接觸面積處加載計算得到的熱流密度；最后，設計大電流溫升實驗，驗證有限元仿真結果。本發明提供的方法，避免了在有限元仿真中對于復雜接觸界面的建模要求，具有普遍推廣使用的意義。

技術領域

本發明涉及電網及過熱分析研究技術領域，特別涉及一種地線與預絞絲接觸端口的接觸電阻有限元熱分析等效方法。

背景技術

架空地線因過熱導致斷線的事故時有發生，致使大面積電網停電，嚴重影響電網的安全穩定運行。現有研究表明，當工頻短路電流流經地線，在地線與預絞絲接觸端口處，電流因集膚效應往預絞絲處擴散，地線與預絞絲接觸端口的接觸電阻是導致地線過熱斷線的一個重要因素。因此，對于地線與預絞絲接觸端口過熱分析研究，考慮接觸電阻的存在是一個不可缺失的環節。

目前對于過熱分析研究，有限元仿真計算是主要的手段之一。在有限元仿真中，對于復雜的接觸界面進行幾何建模難以實現，因此對于接觸界面接觸電阻進行等效設置是一個主要的解決途徑，也是需要解決的一大難點。基于此，針對有限元仿真計算中接觸電阻等處理問題，提出一種基于地線與預絞絲接觸端口的接觸電阻有限元熱分析等效方法。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的缺點與不足，提供一種地線與預絞絲接觸端口接觸電阻的有限元熱分析等效方法，避免了對復雜接觸界面的幾何建模，直接在接觸界面加載接觸電阻對應的熱流密度，同時不影響地線與預絞絲接觸端口的傳熱情況，減少了仿真工作所需時間。

本發明的目的通過以下的技術方案實現：一種地線與預絞絲接觸端口接觸電阻的有限元熱分析等效方法，包括以下步驟：

1、通過實驗獲取架空地線與預絞絲接觸端口的接觸電阻的阻值；

2、計算得到該接觸電阻對應的接觸面積；

3、根據實驗得到的接觸電阻和計算得到的接觸面積，計算出熱流密度；

4、建立地線與預絞絲的三維模型，并在接觸端口的接觸面積處加載計算得到的熱流密度；

5、設計大電流溫升實驗，驗證有限元仿真結果。

優選的，步驟1中，通過實驗獲取架空地線與預絞絲接觸端口的接觸電阻阻值，所采用的實驗測量方法為交流壓降法或者熱電法；交流壓降法可以通過歐姆定律直接得到接觸電阻，熱電法則是通過電阻的熱效應間接求取。

優選的，步驟2中，先獲得該接觸電阻的軸向等效接觸長度d和截面的環形接觸長度l這兩個參數，接觸面積S＝dl。

具體的，上述兩個尺寸參數通過計算公式或者有限元仿真計算。

優選的，步驟2中接觸面積通過Morgan的徑向應力推導直接得到。

具體的，接觸面積其中，d為接觸電阻的軸向等效接觸長度；F_r為單位長度地線表面徑向所受的力；f為鋼的屈服強度；F_r的可通過單位長度地線表面所受的總應力T與預絞絲螺旋角α₂以及單根鋼絲的直徑d_wire計算得到：

地線表面所受的總應力T和螺旋角α可由以下兩式求解：

其中，T’為單位長度地線總應力；α₁和m₁分別為地線表面層的螺旋角和線股節徑比，m₂為預絞絲線股的節徑比。

優選的，步驟3中，根據接觸電阻以及接觸面積計算接觸電阻產生的熱流密度，如下式：