[发明专利]三芯海底电缆中复合光纤以内填充层热阻的计算方法

说明书

技术领域

本发明属于电缆材料参数热力学计算领域，特别涉及三芯海底电缆中复合光纤以内填充层热阻的计算方法。

背景技术

随着我国海上新能源开发和电力需求的日益增长，跨海输电的需求日益迫切，海底电缆应用数量与日俱增。三芯海底电缆相较于单芯海底电缆可在减少路由走廊宽度条件下提高传输容量，且具有减小损耗的优点，被大量应用于沿海岛屿供电和海上风电场输电。为了实现信息的传输，三芯海底电缆中一般都复合有光纤，构成光纤复合海底电缆。

导体温度是决定海底电缆寿命的重要因素，也是确定载流量的重要依据，是状态监测的重要参数。已有利用分布式光纤传感技术监测三芯陆地电缆表皮温度，进行导体温度计算的案例。对于三芯光纤复合海底电缆，由于其敷设环境恶劣，无法在其表皮单独敷设传感光缆，又因为三芯海底电缆径向结构不对称，使用热路法由复合光纤温度计算导体温度时热阻计算困难，导致目前对三芯光纤复合海底电缆的导体温度计算方法鲜有报道。

针对以上问题，本发明提出了三芯海底电缆中复合光纤以内填充层热阻的计算方法，解决了根据热路法和光纤温度计算导体温度时复合光纤以内填充层热阻无法计算的问题，为利用三芯海底电缆内复合光纤温度测量值进行海底电缆状态监测及载流量计算提供了有效方法。

发明内容

本发明的目的在于，提出三芯海底电缆中复合光纤以内填充层热阻的计算方法，用于解决根据热路法、利用光纤温度计算导体温度时复合光纤内填充层热阻无法计算的问题。

为了实现上述目的，本发明提出的技术方案是，三芯海底电缆中复合光纤以内填充层热阻的计算方法，其特征是所述方法包括：

步骤1：计算填充层内径至铠装层外径的热阻，具体方法如下：

(1)假设填充层内径至铠装层外径之间的热阻系数同为填充层的热阻系数，计算填充层内径至铠装层外径之间的热阻

其中，R是铠装层外径的一半，r₁是线芯中心至海底电缆中心的距离，n＝3是线芯的数量，r是线芯的半径，λ是填充层材料的导热系数；

(2)利用IEC60853标准计算填充层外径至铠装层外径的热阻之和T_s”，它等于扎带、黄铜带、铠装垫层和铠装层的热阻之和；

(3)假设填充层外径至铠装层外径之间的材料是填充层材料，利用IEC60853标准计算热阻T_s”’；

(4)计算填充层内径至铠装层外径之间的真实热阻之和T_s＝T_s’-(T_s”’-T_s”)；

步骤2：计算填充层外径处温度，具体方法如下：

以光单元中心至海底电缆中心连线的延长线为y轴，y轴与填充层外径的交点为原点，原点处填充层外径的切线为x轴，建立坐标系；计算填充层外径处的温度为

其中，t(x，y)是复合光纤的温度，Q是三个线芯的总损耗，λ是填充层的热阻系数，y₀为海底电缆中心到填充层外径的距离，x和y是光单元中心的横纵坐标，且x＝0；

步骤3：计算铠装层外径处温度，具体方法如下：

(1)设X为铅合金护套至铠装层之间材料厚度与铅合金护套外径的比值，对于彼此不接触的铅合金护套，计算几何因数

(2)填充层外径至铠装层内径之间的各层材料热阻都按下式计算

其中，ρ_T是热阻系数；

(3)计算铠装层温度

t_a＝T_s-Q·T_s1

其中，T_s1为填充层外径至铠装层内径的热阻之和；

步骤4：计算复合光纤处等温面与铠装层外径处等温面之间的热阻为

其中，Δt是光纤处等温面与铠装层处等温面之间的温差；

步骤5：计算复合光纤以内的填充层热阻T_f＝T_s-T_fa。

所述复合光纤是单模、多模或其他类型的光纤，复合光纤的温度通过分布式光纤温度测量设备测得，这些设备是基于光纤拉曼散射、基于光纤布里渊散射或基于光纤瑞利相干检测原理的分布式光纤测温设备或仪器。