[发明专利]一种获取直流电缆载流量临界环境温度的计算方法及系统

权利要求书

1.一种获取直流电缆载流量临界环境温度的计算方法，所述方法包括：

获取直流电缆绝缘材料参数，所述参数包括：电导率σ、温度T和电场E，对直流电缆绝缘材料参数进行函数拟合，生成电导率数值模型；

根据电导率数值模型获取直流电缆绝缘材料等效电导率、直流电缆绝缘材料绝缘层中间点电场值、温度值和直流电缆绝缘材料绝缘层的泄漏电流，确定直流电缆材料绝缘层电场分布；

确定当绝缘材料绝缘层中电场最大时，获取直流电缆绝缘材料外层温度及最大温度梯度；

根据载流量与线芯温度之间的热路模型获取环境温度关系式，根据关系式获取直流电缆的临界环境温度；

所述对直流电缆绝缘材料参数进行函数拟合包括：

根据温度T和电导率σ根据拟合公式拟合电导率随温度变化的系数B，公式如下：

σ(T)＝A₁e^-B/T (1)；

根据场强E和电导率σ根据拟合公式拟合电导率随场强变化的系数C，公式如下

根据B、C系数带入拟合公式获取系数A，公式如下：

所述材料温度系数B的获取根据公式：

其中，为活化能、q为电子电荷量和k_b为波尔兹曼常数；

所述等效电导率σ_av的获取根据如下公式：

其中：E_av为平均场强、σ_av为等效电导率；T_av为绝缘层中间点温度；

获取直流电缆绝缘层中间点处电场，根据平均场强公式，公式如下：

其中：U为电缆电压、R为绝缘外半径和rc为绝缘内半径；

所述确定直流电缆材料绝缘层电场分布包括：

获取直流电缆绝缘层中间点处温度值，根据公式如下：

其中：T₂为线芯温度、T₁为绝缘层外部温度、r_av为绝缘层中间点半径和ΔT为绝缘层上的温度梯度；

所述绝缘层中间点半径获取的公式如下：

获取绝缘层中泄漏电流I₀的公式如下：

I₀＝2πrJ (9)；

其中，R为绝缘层半径和J为泄漏电流密度；

获取电缆泄漏电流密度J，计算公式如下：

J(r)＝E(r)σ(E,T) (10)；

获取电缆绝缘层中泄漏电流值，计算公式如下：

I₀＝2πr_avJ(r_av)＝2πr_avE_avσ_av (11)；

电缆绝缘层中电场分布满足电流连续性原理，原理公式如下：

I₀＝2πr_avJ(r_av)＝2πr_avE_avσ_av＝2πrEσ (12)

所述确定当绝缘材料绝缘层中电场最大时，获取直流电缆绝缘材料外层温度及最大温度梯度，包括：

确定电缆绝缘外侧处的场强，绝缘层外侧半径为R，根据电导率公式获取电导率，公式如下：

根据公式(13)，获取绝缘外层温度T₁，公式如下：

根据公式(14)，获取绝缘层中最大温度梯度，公式如下：

ΔT_max＝T₂-T₁ (15)；

所述获取直流电缆的临界环境温度，包括：

根据公式(15)推导获取环境温度关系式，公式如下

其中：

T_air为环境温度、W₁为绝缘层的等效热阻和W_i为绝缘层及以外包括外部传热介质的等效热阻；

根据最大温度梯度获取直流电缆的临界环境温度，公式如下：

2.根据权利要求1所述的方法，所述的直流电缆绝缘层中间点处电场与电缆施加电压和绝缘厚度有关，与平均场强相等。

3.一种使用如权利要求1-2任意一种方法的获取直流电缆载流量临界环境温度的计算系统，所述系统包括：

拟合模块，获取直流电缆绝缘材料参数，所述参数包括：电导率σ、温度T和电场E对直流电缆绝缘材料参数进行函数拟合，生成电导率数值模型；

第一计算模块，根据电导率数值模型获取直流电缆绝缘材料等效电导率、直流电缆绝缘材料绝缘层中间点电场值、温度值和直流电缆绝缘材料绝缘层的泄漏电流，确定直流电缆材料绝缘层电场分布；

第二计算模块，确定当绝缘材料绝缘层中电场最大时，获取直流电缆绝缘材料外层温度及最大温度梯度；

临界环境温度确定模块，根据最大温度梯度获取环境温度关系式，根据载流量与线芯温度之间的热路模型获取环境温度关系式，获取直流电缆的临界环境温度。