[發明專利]高壓電纜接頭短路電弧產生的爆炸波能測量和估算方法

有效

• 申請號: 202010439369.8
• 申請日: 2020-05-22
• 公開（公告）號: CN111624447B
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: 楊鑫;董盼;唐國棟;陳靜雯
• 申請（專利權）人: 長沙理工大學
• 主分類號: G01R31/12
• 分類號: G01R31/12;G06F30/23
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種高壓電纜接頭短路電弧爆炸波能的測量和估算方法，其特征在于，包括：在高壓電纜接頭外部加裝帶泄能孔的防爆保護裝置，進行人工短路引弧試驗，測量從保護裝置泄能孔溢出的爆炸波能；

通過有限元仿真計算，估算出高壓電纜接頭短路電弧產生的爆炸波能，仿真過程中的多物理場耦合方式選擇為熱-流場耦合，熱-流場耦合方程及邊界條件如下：

1)溫度場控制方程及邊界條件：

根據傅里葉傳熱定律和能量守恒定律，描述溫度場控制方程為：

(1)式中：k為導熱系數；ρ為材料密度；C_ρ為常壓熱容；Q為熱源；溫度場所采用的邊界條件是最外層設置為物體表面與周圍環境進行的對流交換系數，泄能孔設置為開放邊界；

2)流體場控制方程及邊界條件：

(2)、(3)式中，ρ為材料密度；u為流體速度；p為壓強；i為單位向量；F為體積力；T為溫度；流體場所采用的邊界條件是設置泄能孔的邊界條件為出口，其他邊界設置為壁；

溫度-流體的多物理場耦合方式設置為非等溫流動，耦合接口分別為流體傳熱和層流。

2.根據權利要求1所述的高壓電纜接頭短路電弧爆炸波能的測量和估算方法，其特征在于,測量從保護裝置泄能孔溢出的爆炸波能時，選擇規程規定的12kV/50kA沖擊大電流發生器進行試驗，沖擊大電流持續時間不少于保護裝置的動作時間，以模擬現場中的高壓電纜接頭短路故障。

3.根據權利要求2所述的高壓電纜接頭短路電弧爆炸波能的測量和估算方法，其特征在于，測量從保護裝置泄能孔溢出的爆炸波能時，試驗前需要對電纜接頭和保護裝置進行人工短接處理。

4.根據權利要求1所述的高壓電纜接頭短路電弧爆炸波能的測量和估算方法，其特征在于，測量從保護裝置泄能孔溢出的爆炸波能時，針對電弧爆炸產生的自由場沖擊波的測量，選擇為自由場沖擊波壓力傳感器和數據采集儀；試驗需布置多個距泄能孔不同距離的沖擊波超壓測量探頭，分別記錄各個探頭的位置及距離防爆保護裝置泄能孔的距離。

5.根據權利要求1所述的高壓電纜接頭短路電弧爆炸波能的測量和估算方法，其特征在于，測量從保護裝置泄能孔溢出的爆炸波能時，進行高壓電纜接頭短路燃弧試驗，對從泄能孔溢出的爆炸波能進行測量，選取測量結果最優的沖擊波超壓探頭數據作為爆炸過程進行仿真計算的依據，所述沖擊波超壓探頭數據為距離泄能孔一定距離下的氣體沖擊壓力值；通過對超聲波探頭測量波形數據的提取，得到距泄能孔一定距離L下，超聲波探頭測量得到的超聲波壓力值P_M。

6.根據權利要求1所述的高壓電纜接頭短路電弧爆炸波能的測量和估算方法，其特征在于，通過有限元計算，估算高壓電纜接頭短路電弧產生的爆炸波能的過程中，仿真模型根據被試品的真實幾何尺寸和材料參數及超聲波探頭的實際位置，通過有限元計算軟件按照實際尺寸搭建仿真模型。

7.根據權利要求6所述的高壓電纜接頭短路電弧爆炸波能的測量和估算方法，其特征在于，通過有限元計算，估算高壓電纜接頭短路電弧產生的爆炸波能的過程中：

1)仿真中使用位于裝置中軸線中心的圓形熱源模型模擬高壓電纜接頭絕緣擊穿產生的短路電弧爆源；

2)在仿真過程中不斷調整電弧模型設定的等效熱損耗，計算與超聲波探頭相同位置處的氣流壓力值P_S；

3)與壓力沖擊波測量裝置同一位置的壓力P_M值對比，當得到相同位置處的壓力沖擊波仿真結果P_S和實際爆炸波能測試結果P_M一致時，選取仿真計算中的等效熱源的能量作為短路電弧產生的總的爆炸波能。