一種應(yīng)用于高壓電纜增容土壤熱阻熱容計(jì)算方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種應(yīng)用于高壓電纜增容土壤熱阻熱容計(jì)算方法，包括以下步驟：S1，根據(jù)傳熱學(xué)原理，建立電纜外部環(huán)境的一階熱阻熱容T型熱路模型；S2，根據(jù)熱阻熱容的定義和熱量守恒定律，建立熱量傳遞方程式；S3，設(shè)定計(jì)算步長(zhǎng)值，利用實(shí)時(shí)測(cè)量的電纜金屬護(hù)套溫度、電纜外護(hù)套溫度和環(huán)境溫度，依據(jù)兩點(diǎn)插值求導(dǎo)公式，得到外部敷設(shè)環(huán)境的熱阻和熱容。本發(fā)明提出一種利用電纜不同層在不同時(shí)間測(cè)量的值得出多個(gè)代數(shù)方程求解土壤的熱容和熱阻的方法，測(cè)量效率快，簡(jiǎn)單方便，適合推廣。
【專利說(shuō)明】
一種應(yīng)用于高壓電纜増容土壤熱阻熱容計(jì)算方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及高壓電纜增容領(lǐng)域，尤其涉及一種應(yīng)用于高壓電纜增容土壤熱阻熱容 計(jì)算方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著電力需求日益增長(zhǎng)，對(duì)電纜的負(fù)荷也提出了更高的要求，但必須保證運(yùn)行中 電纜導(dǎo)體溫度不能超過(guò)容許值。所以準(zhǔn)確計(jì)算導(dǎo)體溫度成為監(jiān)測(cè)電纜是否安全運(yùn)行的重要 手段。由于電纜實(shí)際敷設(shè)環(huán)境熱阻熱容的存在，會(huì)對(duì)電纜的傳熱過(guò)程產(chǎn)生影響。所以導(dǎo)體溫 度計(jì)算時(shí)不能忽略電纜熱量散發(fā)到環(huán)境中的部分，否則直接由電纜表皮溫度計(jì)算導(dǎo)體溫度 會(huì)帶來(lái)較大的誤差。因此，準(zhǔn)確地給出電纜敷設(shè)環(huán)境的熱阻熱容，對(duì)提高導(dǎo)體溫度計(jì)算的準(zhǔn) 度，判斷電纜的運(yùn)行狀態(tài)至關(guān)重要。
[0003] 目前，電纜環(huán)境參數(shù)可以依據(jù)IEC-60287標(biāo)準(zhǔn)中推薦的不同國(guó)家的基準(zhǔn)環(huán)境溫度 和土壤熱阻系數(shù)得出。還有工程技術(shù)人員依據(jù)經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)幾種土壤狀況給定一組土壤熱阻 系數(shù)的推薦值。工程上為了得出準(zhǔn)確的值還有采用實(shí)測(cè)的方法，常用的穩(wěn)態(tài)球法是在地下 埋設(shè)一加熱球體且保持功率不變，測(cè)定它的穩(wěn)態(tài)溫升，然后根據(jù)鏡像法計(jì)算土壤的熱阻系 數(shù)。
[0004] 然而，無(wú)論是IEC標(biāo)準(zhǔn)還是工程人員由經(jīng)驗(yàn)得出環(huán)境參數(shù)都存在一定的缺陷，這些 推薦值只在特定的地區(qū)有一定的參考價(jià)值，考慮到電纜實(shí)際敷設(shè)環(huán)境和季節(jié)氣候變化對(duì)土 壤性質(zhì)的影響，尤其是土壤的含水量對(duì)土壤的熱阻系數(shù)的影響極大，這種標(biāo)準(zhǔn)或經(jīng)驗(yàn)取值 所帶來(lái)的誤差會(huì)造成計(jì)算所得的電纜導(dǎo)體溫度產(chǎn)生很大的不準(zhǔn)確性，使之沒(méi)有多大的運(yùn)用 的實(shí)際意義。而穩(wěn)態(tài)的測(cè)量方法十分費(fèi)工，每一次測(cè)量都需要十幾天，顯然不是很實(shí)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 基于【背景技術(shù)】存在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種應(yīng)用于高壓電纜增容土壤熱阻 熱容計(jì)算方法。
[0006] 本發(fā)明提出的一種應(yīng)用于高壓電纜增容土壤熱阻熱容計(jì)算方法，包括以下步驟：
[0007] S1，根據(jù)傳熱學(xué)原理，建立電纜外部環(huán)境的一階熱阻熱容T型熱路模型；
[0008] S2,根據(jù)熱阻熱容的定義和熱量守恒定律，建立熱量傳遞方程式；
[0009] S3，設(shè)定計(jì)算步長(zhǎng)值，利用實(shí)時(shí)測(cè)量的電纜金屬護(hù)套溫度、電纜外護(hù)套溫度和環(huán)境 溫度，依據(jù)兩點(diǎn)插值求導(dǎo)公式，得到外部敷設(shè)環(huán)境的熱阻和熱容。
[0010] 優(yōu)選地，所述S1中，根據(jù)傳熱學(xué)原理，導(dǎo)體、絕緣層、金屬護(hù)套和鎧裝層結(jié)構(gòu)產(chǎn)生熱 量后，一部分熱量首先被吸收使自身溫度上升，剩余熱量將沿從高溫到低溫的方向向鄰近 結(jié)構(gòu)傳遞，傳遞的熱量分為兩部分，一部分被鄰近結(jié)構(gòu)吸收使其溫度上升，剩余部分將繼續(xù) 沿著從高溫到低溫的方向向外傳遞擴(kuò)散，由此可將電纜外部環(huán)境的熱學(xué)過(guò)程以一階熱阻熱 容T型熱路模型等效表示。
[0011] 優(yōu)選地，所述S2中，建立熱量傳遞方程式，根據(jù)熱阻和熱容的定義有
[0012] ts-te = PeRe (1)
[0013] ta-ts = PsRs (2)
(3)
[0015] 其中，ta表示電纜金屬護(hù)套的溫度;ts表示電纜外護(hù)層的溫度山表示外部敷設(shè)環(huán) 境外邊界的溫度;Rs表示電纜外護(hù)層的熱阻;Re表示外部敷設(shè)環(huán)境的熱阻;c a表示電纜金屬 護(hù)套的熱容;cs表示電纜外護(hù)層的熱容;表示外部敷設(shè)環(huán)境的熱容;ps表示經(jīng)過(guò)電纜外護(hù) 層熱阻的熱流量;P。表示外部敷設(shè)環(huán)境吸收的熱流量;表示經(jīng)過(guò)外部敷設(shè)環(huán)境熱阻的熱流 量，
[0016] 由熱量守恒定理可知
[0017] Pe = Ps-Pc (4)
[0018] 將式(2)、式(3)、式⑷整理得到PhPhPe的表達(dá)式，代入式⑴整理可得
C5)
[0020] 移項(xiàng)整理可得
(M〇
[0022]優(yōu)選地，所述S3中，設(shè)定計(jì)算步長(zhǎng)值，利用實(shí)時(shí)測(cè)量的電纜金屬護(hù)套溫度、電纜外 護(hù)套溫度和環(huán)境溫度，依據(jù)兩點(diǎn)插值求導(dǎo)公式，得到外部敷設(shè)環(huán)境的熱阻和熱容，具體為： 設(shè)n、n+l與n+2三個(gè)時(shí)刻點(diǎn)之間的時(shí)間間隔為h，電纜外表面溫度分別為t sn、tsn+1和tsn+2,利 用兩點(diǎn)插值求導(dǎo)公式，式(6)可近似轉(zhuǎn)換并聯(lián)立方程組求解得到
[0025] 外部敷設(shè)環(huán)境的熱阻Re和熱容Ce即可求解得到。
[0026] 本發(fā)明中，為提高導(dǎo)體溫度計(jì)算時(shí)的精度，計(jì)算時(shí)不能忽略散發(fā)到環(huán)境中的部分 電纜熱量，需要考慮實(shí)際敷設(shè)環(huán)境熱阻熱容對(duì)電纜的傳熱過(guò)程產(chǎn)生影響，從而達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān) 測(cè)電纜能否安全運(yùn)行的目的，為電纜增容的實(shí)現(xiàn)提供了依據(jù)，本發(fā)明提出一種利用電纜不 同層在不同時(shí)間測(cè)量的值得出多個(gè)代數(shù)方程求解土壤的熱容和熱阻的方法，測(cè)量效率快， 簡(jiǎn)單方便，適合推廣。
【附圖說(shuō)明】
[0027] 圖1為本發(fā)明提出的一種應(yīng)用于高壓電纜增容土壤熱阻熱容計(jì)算方法的等效熱路 圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步解說(shuō)。
[0029]參照?qǐng)D1，本發(fā)明提出的一種應(yīng)用于高壓電纜增容土壤熱阻熱容計(jì)算方法，包括以 下步驟：
[0030] S1，根據(jù)傳熱學(xué)原理，建立電纜外部環(huán)境的一階熱阻熱容T型熱路模型；
[0031 ] S2,根據(jù)熱阻熱容的定義和熱量守恒定律，建立熱量傳遞方程式；
[0032] S3,設(shè)定計(jì)算步長(zhǎng)值，利用實(shí)時(shí)測(cè)量的電纜金屬護(hù)套溫度、電纜外護(hù)套溫度和環(huán)境 溫度，依據(jù)兩點(diǎn)插值求導(dǎo)公式，得到外部敷設(shè)環(huán)境的熱阻和熱容。
[0033]所述S1中，根據(jù)傳熱學(xué)原理，導(dǎo)體、絕緣層、金屬護(hù)套和鎧裝層結(jié)構(gòu)產(chǎn)生熱量后，一 部分熱量首先被吸收使自身溫度上升，剩余熱量將沿從高溫到低溫的方向向鄰近結(jié)構(gòu)傳 遞，傳遞的熱量分為兩部分，一部分被鄰近結(jié)構(gòu)吸收使其溫度上升，剩余部分將繼續(xù)沿著從 高溫到低溫的方向向外傳遞擴(kuò)散，由此可將電纜外部環(huán)境的熱學(xué)過(guò)程以一階熱阻熱容T型 熱路模型等效表示。
[0034] 所述S2中，建立熱量傳遞方程式，根據(jù)熱阻和熱容的定義有
[0035] ts-te = PeRe (1)
[0036] ta-ts = PsRs (2)
(3)
[0038]其中，ta表示電纜金屬護(hù)套的溫度;ts表示電纜外護(hù)層的溫度;te表示外部敷設(shè)環(huán) 境外邊界的溫度;Rs表示電纜外護(hù)層的熱阻;Re表示外部敷設(shè)環(huán)境的熱阻;ca表示電纜金屬 護(hù)套的熱容;C S表示電纜外護(hù)層的熱容;表示外部敷設(shè)環(huán)境的熱容;Ps表示經(jīng)過(guò)電纜外護(hù) 層熱阻的熱流量;P。表示外部敷設(shè)環(huán)境吸收的熱流量;表示經(jīng)過(guò)外部敷設(shè)環(huán)境熱阻的熱流 量，
[0039]由熱量守恒定理可知
[0040] Pe = Ps-Pc (4)
[0041] 將式(2)、式(3)、式(4)整理得到Ps、Pc、P e的表達(dá)式，代入式(1)整理可得
(5)
[0043] 移項(xiàng)整理可得
(6)〇
[0045]所述S3中，設(shè)定計(jì)算步長(zhǎng)值，利用實(shí)時(shí)測(cè)量的電纜金屬護(hù)套溫度、電纜外護(hù)套溫度 和環(huán)境溫度，依據(jù)兩點(diǎn)插值求導(dǎo)公式，得到外部敷設(shè)環(huán)境的熱阻和熱容，具體為:設(shè)n、n+l與 n+2三個(gè)時(shí)刻點(diǎn)之間的時(shí)間間隔為h，電纜外表面溫度分別為t sn、tsn+1和tsn+2,利用兩點(diǎn)插值 求導(dǎo)公式，式(6)可近似轉(zhuǎn)換并聯(lián)立方程組求解得到
[0048]外部敷設(shè)環(huán)境的熱阻Re和熱容Ce即可求解得到。
[0049]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其 發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種應(yīng)用于高壓電纜增容±壤熱阻熱容計(jì)算方法，其特征在于，包括W下步驟： SI,根據(jù)傳熱學(xué)原理，建立電纜外部環(huán)境的一階熱阻熱容T型熱路模型； S2，根據(jù)熱阻熱容的定義和熱量守恒定律，建立熱量傳遞方程式； S3,設(shè)定計(jì)算步長(zhǎng)值，利用實(shí)時(shí)測(cè)量的電纜金屬護(hù)套溫度、電纜外護(hù)套溫度和環(huán)境溫 度，依據(jù)兩點(diǎn)插值求導(dǎo)公式，得到外部敷設(shè)環(huán)境的熱阻和熱容。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用于高壓電纜增容±壤熱阻熱容計(jì)算方法，其特征在 于，所述Sl中，根據(jù)傳熱學(xué)原理，導(dǎo)體、絕緣層、金屬護(hù)套和鏈裝層結(jié)構(gòu)產(chǎn)生熱量后，一部分 熱量首先被吸收使自身溫度上升，剩余熱量將沿從高溫到低溫的方向向鄰近結(jié)構(gòu)傳遞，傳 遞的熱量分為兩部分，一部分被鄰近結(jié)構(gòu)吸收使其溫度上升，剩余部分將繼續(xù)沿著從高溫 到低溫的方向向外傳遞擴(kuò)散，由此可將電纜外部環(huán)境的熱學(xué)過(guò)程W-階熱阻熱容T型熱路 板型等效表不。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用于高壓電纜增容±壤熱阻熱容計(jì)算方法，其特征在 于，所述S2中，建立熱量傳遞方程式，根據(jù)熱阻和熱容的定義有 ts-te = PeRe (1) ta-ts = PsRs (2)(3) 其中，ta表示電纜金屬護(hù)套的溫度;ts表示電纜外護(hù)層的溫度;te表示外部敷設(shè)環(huán)境外 邊界的溫度;私表示電纜外護(hù)層的熱阻；表示外部敷設(shè)環(huán)境的熱阻；Ca表示電纜金屬護(hù)套 的熱容;Cs表示電纜外護(hù)層的熱容;Ce表示外部敷設(shè)環(huán)境的熱容;Ps表示經(jīng)過(guò)電纜外護(hù)層熱 阻的熱流量;P。表示外部敷設(shè)環(huán)境吸收的熱流量;Pe表示經(jīng)過(guò)外部敷設(shè)環(huán)境熱阻的熱流量， 由熱量守恒定理可知 Pe = Ps-Pc (4) 將式(2)、式(3)、式(4)整理得到Ps、Pe、Pe的表達(dá)式，代入式(1)整理可得(5) 移項(xiàng)整3 (6)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用于高壓電纜增容±壤熱阻熱容計(jì)算方法，其特征在 于，所述S3中，設(shè)定計(jì)算步長(zhǎng)值，利用實(shí)時(shí)測(cè)量的電纜金屬護(hù)套溫度、電纜外護(hù)套溫度和環(huán) 境溫度，依據(jù)兩點(diǎn)插值求導(dǎo)公式，得到外部敷設(shè)環(huán)境的熱阻和熱容，具體為:設(shè)n、n+l與n+2 S個(gè)時(shí)刻點(diǎn)之間的時(shí)間間隔為h，電纜外表面溫度分別為tsn、tsn+哺ts"+2,利用兩點(diǎn)插值求 導(dǎo)公式，式(6)可近似轉(zhuǎn)換并聯(lián)立方程組求解得到 r)外部敷設(shè)環(huán)境的熱阻Re和熱容Ce即可求解得到。 (8)
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK105911093SQ201610464598
【公開日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年6月23日
【發(fā)明人】李正佳, 劉毅剛, 葉曉君, 于金正, 王鵬宇
【申請(qǐng)人】蘇州華天國(guó)科電力科技有限公司