一種載流量計(jì)算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電氣信息工程領(lǐng)域，具體涉及一種電纜載流量計(jì)算方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 電纜的載流量是決定電纜傳輸能力的一個(gè)重要參數(shù)，它是指電纜線芯溫度達(dá)到 90°C時(shí)的穩(wěn)態(tài)工作電流。其重要性涉及到輸電線路的安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理的運(yùn)行以及電纜 壽命問題。電纜的載流量偏大，會(huì)造成纜芯工作溫度超過允許值，絕緣的壽命就會(huì)比預(yù)期值 縮短；載流量偏小，則電纜芯銅材或鋁材就不能得到充分的利用，導(dǎo)致不必要的浪費(fèi)。載流 量的確定是一個(gè)困難和繁瑣的問題，特別是對(duì)于運(yùn)行條件復(fù)雜的場(chǎng)合，如有大量的直埋敷 設(shè)及排管敷設(shè)的情況。隨著城市的發(fā)展，這些敷設(shè)方式的應(yīng)用越來越廣泛，且電纜敷設(shè)的密 集程度也越來越高，運(yùn)行的環(huán)境也變得更加復(fù)雜。傳統(tǒng)的計(jì)算載流量方法是基于IEC60287 的解析計(jì)算，它忽略了回路間的鄰近效應(yīng)，把電纜導(dǎo)體假想成等溫面，忽略土地水分的影響 等，存在許多的不足。因此很多專家學(xué)者開始致力于基于數(shù)值計(jì)算的迭代法，迭代法雖然從 理論上可以得到載流量的精確值，但是實(shí)際計(jì)算過程中，每一次迭代都需要做一次有限元 仿真，如果迭代收斂較快可能只需要做幾次有限元仿真就可以得到理想的結(jié)果，反之需要 做數(shù)十次甚至數(shù)百次有限元仿真計(jì)算。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供的一種電纜載流 量計(jì)算方法，它能解決采用現(xiàn)有方法對(duì)電纜的載流量進(jìn)行計(jì)算時(shí)，計(jì)算過程困難、繁瑣而且 得到的數(shù)據(jù)不精確的問題。
[0004] 發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：
[0005] -種載流量計(jì)算方法，它包括以下步驟：
[0006] 一、定義計(jì)算模型單元類型；
[0007] 二、根據(jù)電纜材料及敷設(shè)環(huán)境定義材料屬性；
[0008] 三、建立電纜-土壤-空氣集合模型；
[0009] 四、布爾運(yùn)算將模型進(jìn)行疊分操作以及對(duì)模型賦予特性使模型的不同的Element 對(duì)應(yīng)相應(yīng)的材料屬性；
[0010] 五、有限兀網(wǎng)格劃分；
[0011] 六、施加載荷及約束；
[0012] 七、求解得到模型溫度分布云圖；
[0013] 八、施加多組電流得到對(duì)應(yīng)的溫度分布云圖，即多組導(dǎo)體溫度值；
[0014] 九、根據(jù)以上多組電流值及多組導(dǎo)體溫度值可求得導(dǎo)體溫度與導(dǎo)體電流的對(duì)應(yīng)函 數(shù)；
[0015] 十、根據(jù)以上函數(shù)求得導(dǎo)體溫度90°C對(duì)應(yīng)的電流值即載流量。
[0016] 2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的載流量計(jì)算方法，其特征在于：所述載流量的數(shù)值計(jì)算 為曲線擬合計(jì)算。
[0017] 3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的載流量計(jì)算方法，其特征在于：所述材料屬性及敷設(shè)環(huán) 境具體包括導(dǎo)熱系數(shù)、密度、彈性模量，電纜敷設(shè)深度、空氣溫度、土壤溫度、電纜間距排列 方式。
[0018] 采用上述計(jì)算方法，得到以下有益效果：計(jì)算方法省略了繁瑣且難以精確計(jì)算的 熱阻參數(shù)，同時(shí)也不必計(jì)算導(dǎo)體的交流電阻值即可以獲得不同環(huán)境溫度下的載流量和溫度 參數(shù)，而且計(jì)算的載流量結(jié)果對(duì)比IEC標(biāo)準(zhǔn)更接近真實(shí)值，這樣使得輸電線路的安全和經(jīng) 濟(jì)以及其壽命問題有了較好的保障，保證安全的前提下最大限度提高輸電線路的輸送容 量，控制輸電線路加載電流長期在載流量允許的范圍內(nèi)運(yùn)行有效的減少電纜老化事故，甚 至減少電纜引起的火災(zāi)事故。
【具體實(shí)施方式】
[0019] -種載流量計(jì)算方法，它包括以下步驟：
[0020] 一、定義計(jì)算模型單元類型；
[0021] 二、根據(jù)電纜材料及敷設(shè)環(huán)境定義材料屬性；
[0022] 三、建立電纜-土壤-空氣集合模型；
[0023] 四、布爾運(yùn)算將模型進(jìn)行疊分操作以及對(duì)模型賦予特性使模型的不同的Element 對(duì)應(yīng)相應(yīng)的材料屬性；
[0024] 五、有限元網(wǎng)格劃分；
[0025] 六、施加載荷及約束；
[0026] 七、求解得到模型溫度分布云圖；
[0027] 八、施加多組電流得到對(duì)應(yīng)的溫度分布云圖，即多組導(dǎo)體溫度值；
[0028] 九、根據(jù)以上多組電流值及多組導(dǎo)體溫度值可求得導(dǎo)體溫度與導(dǎo)體電流的對(duì)應(yīng)函 數(shù)；
[0029] 十、根據(jù)以上函數(shù)求得導(dǎo)體溫度90°C對(duì)應(yīng)的電流值即載流量。
[0030] 所述載流量的數(shù)值計(jì)算為曲線擬合計(jì)算。
[0031] 所述材料屬性及敷設(shè)環(huán)境具體包括導(dǎo)熱系數(shù)、密度、彈性模量，電纜敷設(shè)深度、空 氣溫度、土壤溫度、電纜間距排列方式。
[0032] 以YJLW02-64/110kv. 1X300mm2電纜計(jì)算為例：電纜結(jié)構(gòu)參數(shù)如附表1，電纜敷設(shè) 條件如附表2,電纜材料參數(shù)如附表3。
[0033] 首先在Ansys軟件中定義其單元類型為平面6節(jié)點(diǎn)二階單元；根據(jù)表3材料參數(shù) 設(shè)置材料屬性；根據(jù)表2電纜鋪設(shè)條件和表1電纜結(jié)構(gòu)參數(shù)然構(gòu)建二維模型；布爾運(yùn)算進(jìn) 行疊分操作以及對(duì)模型賦予特性使模型的不同材料層對(duì)應(yīng)相應(yīng)的材料屬性；對(duì)有限元模型 網(wǎng)格劃分；加載和施加約束條件；計(jì)算求解得到電纜溫度分布云圖。多次次加載電流得到 多組導(dǎo)體溫度值可擬合導(dǎo)體溫度與導(dǎo)體電流的對(duì)應(yīng)函數(shù)曲線；根據(jù)函數(shù)曲線求得導(dǎo)體溫度 90 °C對(duì)應(yīng)的電流值即載流量。
[0034] 表1電纜結(jié)構(gòu)參數(shù)
[0035]
[0036] 表2電纜敷設(shè)條件
[0037]
[0038] 表3電纜材料屬性參數(shù)
[0039]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種載流量計(jì)算方法，其特征在于，它包括以下步驟： 一、 定義計(jì)算模型單元類型； 二、 根據(jù)電纜材料及敷設(shè)環(huán)境定義材料屬性； 三、 建立電纜-土壤-空氣集合模型； 四、 布爾運(yùn)算將模型進(jìn)行疊分操作以及對(duì)模型賦予特性使模型的不同的Element對(duì)應(yīng) 相應(yīng)的材料屬性； 五、 有限元網(wǎng)格劃分； 六、 施加載荷及約束； 七、 求解得到模型溫度分布云圖； 八、 施加多組電流得到對(duì)應(yīng)的溫度分布云圖，即多組導(dǎo)體溫度值； 九、 根據(jù)以上多組電流值及多組導(dǎo)體溫度值可求得導(dǎo)體溫度與導(dǎo)體電流的對(duì)應(yīng)函數(shù)； 十、根據(jù)以上函數(shù)求得導(dǎo)體溫度90°C對(duì)應(yīng)的電流值即載流量。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的載流量計(jì)算方法，其特征在于：所述載流量的數(shù)值計(jì)算為曲 線擬合計(jì)算。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的載流量計(jì)算方法，其特征在于：所述材料屬性及敷設(shè)環(huán)境具 體包括導(dǎo)熱系數(shù)、密度、彈性模量，電纜敷設(shè)深度、空氣溫度、土壤溫度、電纜間距排列方式。
【專利摘要】一種電纜載流量計(jì)算方法，它提供一種有以有限元軟件為工具的有限元算法，包括電纜群溫度場(chǎng)的仿真計(jì)算和以溫度場(chǎng)為條件的載流量的數(shù)值計(jì)算兩大步驟。本發(fā)明能解決采用現(xiàn)有方法對(duì)電纜的載流量進(jìn)行計(jì)算時(shí)，計(jì)算過程困難、繁瑣而且得到的數(shù)據(jù)不精確的問題。
【IPC分類】G06F17/50
【公開號(hào)】CN105205202
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510413551
【發(fā)明人】朱攀勇, 熊曉晨, 文雅, 姜雨, 朱宇笛, 文舒, 賀于波
【申請(qǐng)人】三峽大學(xué)
【公開日】2015年12月30日
【申請(qǐng)日】2015年7月14日