一种载流量计算方法.pdf

一种电缆载流量计算方法，它提供一种有以有限元软件为工具的有限元算法，包括电缆群温度场的仿真计算和以温度场为条件的载流量的数值计算两大步骤。本发明能解决采用现有方法对电缆的载流量进行计算时，计算过程困难、繁琐而且得到的数据不精确的问题。

权利要求书
1.  一种载流量计算方法，其特征在于，它包括以下步骤：
一、定义计算模型单元类型；
二、根据电缆材料及敷设环境定义材料属性；
三、建立电缆-土壤-空气集合模型；
四、布尔运算将模型进行叠分操作以及对模型赋予特性使模型的不同的Element对应相应的材料属性；
五、有限元网格划分；
六、施加载荷及约束；
七、求解得到模型温度分布云图；
八、施加多组电流得到对应的温度分布云图，即多组导体温度值；
九、根据以上多组电流值及多组导体温度值可求得导体温度与导体电流的对应函数；
十、根据以上函数求得导体温度90℃对应的电流值即载流量。

2.  根据权利要求1所述的载流量计算方法，其特征在于：所述载流量的数值计算为曲线拟合计算。

3.  根据权利要求1所述的载流量计算方法，其特征在于：所述材料属性及敷设环境具体包括导热系数、密度、弹性模量，电缆敷设深度、空气温度、土壤温度、电缆间距排列方式。

说明书一种载流量计算方法
技术领域
本发明属于电气信息工程领域，具体涉及一种电缆载流量计算方法。
背景技术
电缆的载流量是决定电缆传输能力的一个重要参数，它是指电缆线芯温度达到90℃时的稳态工作电流。其重要性涉及到输电线路的安全可靠、经济合理的运行以及电缆寿命问题。电缆的载流量偏大，会造成缆芯工作温度超过允许值，绝缘的寿命就会比预期值缩短；载流量偏小，则电缆芯铜材或铝材就不能得到充分的利用，导致不必要的浪费。载流量的确定是一个困难和繁琐的问题，特别是对于运行条件复杂的场合，如有大量的直埋敷设及排管敷设的情况。随着城市的发展，这些敷设方式的应用越来越广泛，且电缆敷设的密集程度也越来越高，运行的环境也变得更加复杂。传统的计算载流量方法是基于IEC60287的解析计算，它忽略了回路间的邻近效应，把电缆导体假想成等温面，忽略土地水分的影响等，存在许多的不足。因此很多专家学者开始致力于基于数值计算的迭代法，迭代法虽然从理论上可以得到载流量的精确值，但是实际计算过程中，每一次迭代都需要做一次有限元仿真,如果迭代收敛较快可能只需要做几次有限元仿真就可以得到理想的结果，反之需要做数十次甚至数百次有限元仿真计算。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供的一种电缆载流量计算方法，它能解决采用现有方法对电缆的载流量进行计算时，计算过程困难、繁琐而且得到的数据不精确的问题。
发明的目的是这样实现的：
一种载流量计算方法，它包括以下步骤：
一、定义计算模型单元类型；
二、根据电缆材料及敷设环境定义材料属性；
三、建立电缆-土壤-空气集合模型；
四、布尔运算将模型进行叠分操作以及对模型赋予特性使模型的不同的Element对应相应的材料属性；
五、有限元网格划分；
六、施加载荷及约束；
七、求解得到模型温度分布云图；
八、施加多组电流得到对应的温度分布云图，即多组导体温度值；
九、根据以上多组电流值及多组导体温度值可求得导体温度与导体电流的对应函数；
十、根据以上函数求得导体温度90℃对应的电流值即载流量。
2、根据权利要求1所述的载流量计算方法，其特征在于：所述载流量的数值计算为曲线拟合计算。
3、根据权利要求1所述的载流量计算方法，其特征在于：所述材料属性及敷设环境具体包括导热系数、密度、弹性模量，电缆敷设深度、空气温度、土壤温度、电缆间距排列方式。
采用上述计算方法，得到以下有益效果：计算方法省略了繁琐且难以精确计算的热阻参数，同时也不必计算导体的交流电阻值即可以获得不同环境温度下的载流量和温度参数，而且计算的载流量结果对比IEC标准更接近真实值，这样使得输电线路的安全和经济以及其寿命问题有了较好的保障，保证安全的前提下最大限度提高输电线路的输送容量，控制输电线路加载电流长期在载流量允许的范围内运行有效的减少电缆老化事故，甚至减少电缆引起的火灾事故。
具体实施方式
一种载流量计算方法，它包括以下步骤：
一、定义计算模型单元类型；
二、根据电缆材料及敷设环境定义材料属性；
三、建立电缆-土壤-空气集合模型；
四、布尔运算将模型进行叠分操作以及对模型赋予特性使模型的不同的Element对应相应的材料属性；
五、有限元网格划分；
六、施加载荷及约束；
七、求解得到模型温度分布云图；
八、施加多组电流得到对应的温度分布云图，即多组导体温度值；
九、根据以上多组电流值及多组导体温度值可求得导体温度与导体电流的对应函数；
十、根据以上函数求得导体温度90℃对应的电流值即载流量。
所述载流量的数值计算为曲线拟合计算。
所述材料属性及敷设环境具体包括导热系数、密度、弹性模量，电缆敷设深度、空气温度、土壤温度、电缆间距排列方式。
以YJLW02-64/110kv.1×300mm2电缆计算为例：电缆结构参数如附表1，电缆敷设条件如附表2，电缆材料参数如附表3。
首先在Ansys软件中定义其单元类型为平面6节点二阶单元；根据表3材料参数设置材料属性；根据表2电缆铺设条件和表1电缆结构参数然构建二维模型；布尔运算进行叠分操作以及对模型赋予特性使模型的不同材料层对应相应的材料属性；对有限元模型网格划分；加载和施加约束条件；计算求解得到电缆温度分布云图。多次次加载电流得到多组导体温度值可拟合导体温度与导体电流的对应函数曲线；根据函数曲线求得导体温度90℃对应的电流值即载流量。
表1电缆结构参数

表2电缆敷设条件

表3电缆材料属性参数