一種考慮土壤局部干燥的直埋單芯電纜載流量計(jì)算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力電纜載流量計(jì)算領(lǐng)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(jì)算方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 相對于架空線，電力電纜大多以直埋、排管、隧道等方式敷設(shè)在地下，不僅輸電的 安全性能得到保證，還能節(jié)省大量土地資源。隨著城市的快速發(fā)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(yùn)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(zhǔn)確計(jì)算載流量。
[0003] 當(dāng)前，計(jì)算載流量的方法有多種，IEC60287給出了多種敷設(shè)方式下電力電纜載流 量的計(jì)算公式，但其計(jì)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(fèi)。另一種在工程應(yīng)用中使用較多的方法是分層熱路法，這種方法比較實(shí)用，且能很好地體 現(xiàn)電纜的傳熱特性。但是，目前利用熱路法進(jìn)行計(jì)算時(shí)，通?；陔娎|表皮溫度內(nèi)推計(jì)算， 或者將電纜外部的敷設(shè)環(huán)境當(dāng)做一層熱阻進(jìn)行計(jì)算。將外部環(huán)境做一層熱阻的做法簡化了 敷設(shè)環(huán)境的復(fù)雜性，不符合實(shí)際熱擴(kuò)散特性，造成較大的計(jì)算誤差。
[0004] 對于直埋敷設(shè)電纜，當(dāng)其長期運(yùn)行時(shí)，溫度升高會使電纜周圍土壤發(fā)生水分迀移， 從而在電纜周圍形成一個(gè)局部干燥區(qū)域，該區(qū)域的熱阻率遠(yuǎn)高于自然土壤。而如果按照一 層熱阻計(jì)算直埋電纜載流量難以保證計(jì)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(zhǔn)確的計(jì)算出直埋電纜的載流量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)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(jì)算方法。
[0006] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0007] 一種考慮土壤局部干燥的直埋單芯電纜載流量計(jì)算方法，包括下述步驟：
[0008] S1、對單芯電纜本體進(jìn)行熱路建模；
[0009] S2、考慮土壤局部干燥，對電纜外部土壤進(jìn)行熱路建模；
[0010] 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 豐旲型；
[0011] S4、對熱路模型進(jìn)行求解，經(jīng)過計(jì)算得到考慮局部干燥情況的直埋單芯電纜載流 量。
[0012] 優(yōu)選的，步驟Sl中，對單芯電纜本體進(jìn)行熱路建模包括下述步驟：
[0013] SI. 1、提出建模的假設(shè)：
[0014] 假設(shè)1、電纜運(yùn)行中，其幾何參數(shù)恒定；
[0015] 假設(shè)2、不考慮軸向傳熱，認(rèn)為電纜運(yùn)行為一維熱傳導(dǎo)過程；
[0016] 假設(shè)3、電纜外護(hù)套表面為等溫面；
[0017] SI. 2、分析電纜徑向熱流，當(dāng)電纜線芯通過大電流時(shí)，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(hù)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(hù)套外部各層；
[0018] SI. 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，
[0019]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種考慮土壤局部干燥的直埋單芯電纜載流量計(jì)算方法，其特征在于，包括下述步 驟： 51、 對單芯電纜本體進(jìn)行熱路建模； 52、 考慮土壤局部干燥，對電纜外部土壤進(jìn)行熱路建模； 53、 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； 54、 對熱路模型進(jìn)行求解，經(jīng)過計(jì)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(jì)算方法，其特征 在于，步驟Sl中，對單芯電纜本體進(jìn)行熱路建模包括下述步驟： SI. 1、提出建模的假設(shè)： 假設(shè)1、電纜運(yùn)行中，其幾何參數(shù)恒定； 假設(shè)2、不考慮軸向傳熱，認(rèn)為電纜運(yùn)行為一維熱傳導(dǎo)過程； 假設(shè)3、電纜外護(hù)套表面為等溫面； SI. 2、分析電纜徑向熱流，當(dāng)電纜線芯通過大電流時(shí)，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(hù)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(hù)套外部各層； SI. 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=- (Π Q 式中，T表示熱阻；Δ t表示材料內(nèi)外表面的溫差；Q表示流過材料的熱流； SI. 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(jì)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(dāng)電纜本體發(fā)熱引起土壤溫升時(shí)，電纜周圍土壤水分在熱作用下，向外 層土壤迀移，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(jì)算方便，認(rèn)為局部干燥區(qū)域?yàn)榕c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(rèn)為當(dāng)線芯電流 達(dá)到90%設(shè)計(jì)載流量時(shí)，干燥區(qū)域邊界已經(jīng)穩(wěn)定通過實(shí)驗(yàn)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(jì)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(jì)算方法，其特征 在于，步驟S4中，計(jì)算直埋電纜載流量的公式為：
式中，I為電纜的載流量，A ; At為高于環(huán)境溫度的導(dǎo)體溫升，°C ; UdS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 ;!\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 ;T 3為氣隙層單位長度的熱阻， K · m/W ;Τ4為金屬鋁護(hù)套單位長度的熱阻，K · m/W ;Τ 5為外護(hù)套單位長度的熱阻，K · m/W ;Τ 6 為局部干燥土壤單位長度的熱阻，K · m/W ;T7S自然土壤單位長度的熱阻，K · m/W ; λ i為電 纜金屬護(hù)套損耗相對于導(dǎo)體損耗的比率。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種考慮土壤局部干燥的直埋單芯電纜載流量計(jì)算方法，包括以下步驟S1、對直埋單芯電纜本體進(jìn)行建模，得到本體熱路模型；S2、對直埋單芯電纜外部土壤建立包含局部干燥土壤和自然土壤兩層結(jié)構(gòu)的熱路模型；S3、將電纜本體的熱路模型和外部土壤熱路模型連接起來，得到直埋單芯電纜熱路模型；S4、對熱路模型進(jìn)行求解，經(jīng)過計(jì)算得到考慮局部干燥情況的直埋單芯電纜載流量。本發(fā)明將直埋電纜外部土壤劃分為具有與電纜本體同軸的局部干燥邊界，用局部干燥土壤和自然土壤兩層熱阻逼近實(shí)際土壤傳熱特性，簡單可行，同時(shí)便于計(jì)算。
【IPC分類】G06F19-00
【公開號】CN104657609
【申請?zhí)枴緾N201510072550
【發(fā)明人】劉剛, 王振華
【申請人】華南理工大學(xué)
【公開日】2015年5月27日
【申請日】2015年2月11日