[发明专利]一种10kV三芯电缆温度场模型建立方法

权利要求书

1.一种10kV三芯电缆温度场模型建立方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)利用ANSYS仿真软件对加载电流的10kV三芯电缆进行热场仿真，得到10kV三芯电缆径向截面的温度场分布图；

2)根据所得的电缆径向截面温度场分布图，利用分割法结合电缆对称结构和等温线对电缆截面进行分割，把电缆按照三个线芯切成三等分，选取其中的三分之一作为研究对象；

3)结合传热学与电缆径向截面温度场分布图对选取的三分之一电缆结构进行稳态热路模型的建立，将处在同图等温线上的电缆结构层作为热路模型中的节点，具体如下：

3.1)将电缆导体作为第一个节点，记为A；

3.2)将电缆的金属护套作为热路模型的第二个节点，记为B；

3.3)将电缆的铠装层作为热路模型的第三个节点，记为C；

3.4)将电缆的表面作为第四个节点，记为D；

4)确定热流量流经电缆各层材料热阻及产生的损耗；

5)根据10kV三芯电缆的温度场分布图、所确定的热路模型的各个节点、各节点之间的热阻以及各种材料的损耗，建立10kV三芯电缆稳态热路模型。

2.根据权利要求1所述的一种10kV三芯电缆温度场模型建立方法，其特征在于：

在步骤1)中，利用ANSYS仿真软件，对10kV三芯电缆进行热场仿真，得到其径向截面温度场分布图，根据电缆内部从导体到电缆表面的传热特点，做出如下建模假设：

A.电缆各层材料的几何参数恒定，忽略温度对于几何参数的影响；

B.忽略轴向传热，且认为电缆轴对称，且沿圆周方向均匀传热，即热量沿径向一维传导；

C.假定电缆的导体、金属护套以及铠装为发热均匀的等温体；

D.由于电缆的导体屏蔽层、绝缘屏蔽层较薄，将导体屏蔽层和绝缘屏蔽层归并到绝缘层；

在步骤2)中，根据所得的电缆径向截面温度场分布图，利用分割法结合电缆对称结构和等温线对电缆截面进行分割，分割方式为：以电缆中心为起点，连接一根线芯与另外两根线芯的切点，然后延伸至电缆表皮，把电缆三等分，取其中三分之一为研究对象；

根据电缆剖面结构和电缆径向截面温度场分布可知，靠近电缆线芯的结构，如绝缘层、填充层这些明显不是各个方向上等温，而是在电缆中心到线芯中心的三个连线方向上，温度梯度最大，在电缆中心到绝缘层间切点的连线方向上，温度梯度最小，这是由于在前者的方向上，填充层最厚，而在后者的方向上，填充层最薄，电缆表面在理想条件下接近均温，这是由于靠近电缆表面有一层金属铠装层，其导热系数较大，起到一定的均温作用，若只就稳态下单根三芯电缆的散热，总体上还是表现为三个线芯及所围成的中心区域，整体向电缆表面传热的过程；

在步骤4)中，确定热流量流经电缆各层材料热阻及产生的损耗，如下：

4.1)第一个节点和第二个节点间是电缆三个导体到绝缘层传热回路的并联结构，其中包含线芯电缆导体及内屏蔽层产生的损耗Q_c、线芯绝缘及绝缘屏蔽层的介质损耗Q_d、线芯绝缘层热阻T₁；

4.2)第二节点和第三节点之间是电缆填充层及内护套的等效热阻；

4.3)第三节点和第四节点之间是电缆外护套等效热阻；

在步骤5)中，根据10kV三芯电缆的温度场分布图、所确定的热路模型的各个节点、各节点之间的热阻以及各种材料的损耗，建立10kV三芯电缆稳态热路模型。