[发明专利]一种基于土壤热阻率变化的电缆额定载流量的计算方法

说明书

本发明提供一种基于土壤热阻率变化的电缆额定载流量的计算方法，包括：S1：建立直埋电缆的二维有限元仿真模型；S2：在二维有限元仿真模型上施加电流，设定边界条件；S3：采用设定边界条件的有限元仿真模型仿真求解电缆附近土壤温度；S4：判断土壤热阻率是否符合步骤该土壤温度下的值，若是，则执行步骤S5，若不是，按照土壤温度与土壤热阻率的关系修正土壤热阻率，返回步骤S3；S5：求解电缆导体温度，判断求解的电缆导体温度是否达到所允许的最高运行温度，若是，计算得到的载流量即为电缆的额定载流量，若不是，更改施加电流值，返回步骤S3。本发明对于电缆载流量仿真的土壤环境条件进行了细化，提高了电缆载流量计算的准确性。

技术领域

本发明涉及数值仿真计算技术领域，具体是一种基于土壤热阻率变化的电缆额定载流量的计算方法。

背景技术

电缆是电力系统中电能传输的重要载体，准确计算电力电缆的额定载流量可以使电缆线路的传输容量得到充分的利用，同时保证电缆的运行安全可靠性。电缆载流量受到电缆的最高允许工作温度的限制，当电缆载流量过大时，由于功率损耗，电缆线芯温度会急剧上升，可能造成电缆绝缘老化加速，电缆使用寿命减少甚至电缆烧毁等不利影响。因此，为了保证电缆的安全可靠运行，有必要进一步提高电缆的载流量和温度计算的精确性。

目前，电缆载流量的计算方法大多基于IEC-60287标准热路等效法或者有限元数值计算。在计算中，通常假设敷设电缆的土壤环境单一、均匀，热阻系数为一个定值。但实际中，由于电缆发热，附近土壤温度上升，附近土壤水分迁移，含水量减小，热阻率增大。

土壤热阻系数反应了土壤对热流传导的阻碍能力，土壤热阻越小，其对热传导的阻碍能力越弱，电缆载流量越大，电缆输送容量相应越大。因此，需要建立基于土壤热阻率变化的电缆额定载流量的计算方法，为提高计算精确性提供参考。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有计算方法中存在的不足，提供了一种基于土壤热阻率变化的电缆额定载流量的计算方法，可以提高计算结果的精确度，使仿真分析更贴近现实，更具有实际参考意义。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种基于土壤热阻率变化的电缆额定载流量的计算方法，包括下列步骤：

S1：建立直埋电缆的二维有限元仿真模型，包括设置电缆敷设环境，其中电缆敷设环境包括土壤热阻率；

S2：在所述二维有限元仿真模型上施加电流，设定边界条件；

S3：采用S2中设定边界条件的有限元仿真模型仿真求解电缆附近土壤温度；

S4：判断土壤热阻率是否符合步骤S3所求解的电缆附近土壤温度下的值，若是，则执行步骤S5，若不是，按照土壤温度与土壤热阻率的关系修正土壤热阻率，返回执行步骤S3；

S5：求解电缆导体温度，判断求解的电缆导体温度是否达到所允许的最高运行温度，若是，计算得到的载流量即为电缆的额定载流量，若不是，更改施加于所述二维有限元仿真模型上的电流值，返回执行步骤S3。

优选的，所述的步骤S1的具体步骤如下：建立直埋电缆的几何模型；设置计算区域内所需的仿真参数；设置多物理场耦合；设置电缆敷设环境。

优选的，所述的步骤S2中，所述的边界条件包括温度场边界条件和电磁场边界条件。

优选的，由于土壤热阻率受到土壤水分含量影响，电缆发热影响周围土壤温度进而导致土壤中的水分迁移，所述的步骤S4中，要求对于土壤的含水量进行大致估算，并在此基础上，获得土壤热阻率与土壤温度之间的关系。

优选的，所述的直埋电缆几何模型包括线芯导体、绝缘层、金属护套以及外护套。

优选的，所述的多物理场为电磁场和温度场，所述的多物理场耦合为设置电导率为随温度变化的量，设置电缆线芯导体的功率损耗为温度场的热源，电导率公式如下：