电力电缆线芯温度估算方法研究

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电力电缆在运行过程中会因受到电、热、机械、化学等因素的作用发生老化,其中电缆线芯温度是决定电缆老化速度的一项重要参数。要使电力电缆高效、安全的运行,必须确保线芯温度不能高于长期允许最高工作温度,否则,电缆工作温度过高,会加速绝缘材料的老化,缩短电缆使用寿命。在某些特殊场所,例如船舶上,舱室内温度高,空气湿度大,当电缆载流量过大时,线芯损耗会很大,使电缆温度急剧升高,电缆绝缘性能降低甚至失效,最终可能引起火灾等事故,严重威胁船员的人身安全。所以准确掌握电缆线芯温度是非常必要的。在电缆的实际使用过程中,由于敷设环境非常复杂,准确测量电缆线芯温度是非常困难的,目前应用比较广泛的方法就是监测电缆表皮温度,再通过计算方法估算线芯温度。电缆在实际使用过程中,电缆温度状态包括稳态状态和暂态状态。当加载电流比较平稳,电缆发热和放热保持平衡,电缆温度会到达一个比较平稳的状态,称之为电缆温度的稳态状态;当电缆加载电流波动较大时,电缆温度也随之波动,称之为电缆温度的暂态状态。为准确掌握电缆温度状态,确保电缆安全可靠运行,本文分别针对电缆稳态状态和暂态状态线芯温度的估算方法进行了以下研究:分析研究船用乙丙橡胶绝缘电缆的结构,对常用的IEC方法中电缆稳态时的传热路径和热传递方程进行详细介绍,并给出电缆的介质损耗、绝缘损耗、本体热阻等计算方法和参数确定方法,根据热路与电路的近似性原理构建电缆本体稳态传热模型,给出电缆稳态线芯工作温度的计算方法;分析研究IEC标准中电缆稳态线芯温度计算方法的缺点,并针对这些缺点进行改进,提出计算精度更高的稳态线芯温度计算方法;为验证改进方法的优越性,设计严密的实验系统,选择合适的实验装置,保证实验的精确性。分别对单回路电缆和大环流情况进行实验,收集实验数据并进行分析计算,将两种计算方法得出的结果进行对比,验证IEC改进方法的优越性;根据热传导原理,分析电缆结构和周围环境,构建电缆温度场有限元模型,推导出电缆暂态温度场计算公式。利用ANSYS软件对电缆有限元模型进行仿真计算,验证电缆温度场有限元模型能否准确计算电缆暂态线芯温度。对比有限元法和热路法计算出的线芯温度,判断哪种方法更准确。模拟实际负荷,研究电缆线芯温度的变化规律。
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