[发明专利]一种考虑土壤局部干燥的直埋单芯电缆载流量计算方法

权利要求书

1.一种考虑土壤局部干燥的直埋单芯电缆载流量计算方法，其特征在于，包括下述步骤：

S1、对单芯电缆本体进行热路建模；

S2、考虑土壤局部干燥，对电缆外部土壤进行热路建模；

S3、将单芯电缆本体热路与电缆外部土壤热路连接起来，得到直埋单芯电缆热路模型；

S4、对热路模型进行求解，经过计算得到考虑局部干燥情况的直埋单芯电缆载流量。

2.根据权利要求1所述的考虑土壤局部干燥的直埋单芯电缆载流量计算方法，其特征在于，步骤S1中，对单芯电缆本体进行热路建模包括下述步骤：

S1.1、提出建模的假设：

假设1、电缆运行中，其几何参数恒定；

假设2、不考虑轴向传热，认为电缆运行为一维热传导过程；

假设3、电缆外护套表面为等温面；

S1.2、分析电缆径向热流，当电缆线芯通过大电流时，由于交流电阻存在而产生损耗，该部分损耗以热流的形式由里向外通过电缆各层结构，另外，绝缘层会产生损耗，这部分损耗以热流形式叠加到导体产生的热流流过绝缘层以外的各层，同样，金属护套中会产生损耗，这部分损耗以热流形式叠加到导体和绝缘层热流流过铝护套外部各层；

S1.3、分析电缆各层材料的热阻特性，由于导体屏蔽和绝缘屏蔽的导热系数高，且厚度较小，忽略其对传热的影响，将单芯电缆其他各层分别用一层热阻表示其对热流的阻碍作用，热阻是材料固有的属性，用公式(1)定义热阻，

T=ΔtQ---(1)]]>

式中，T表示热阻；Δt表示材料内外表面的温差；Q表示流过材料的热流；

S1.4、构建电缆本体热路模型，将流过电缆的热流和电缆各层热阻分别用类似电路中电流源和电阻的热流和热阻表示，得到等效热路模型。

3.根据权利要求1所述的考虑土壤局部干燥的直埋单芯电缆载流量计算方法，其特征在于，步骤S2中，土壤是一种多孔介质，其导热性能不仅与土壤颗粒有关，还与孔隙大小以及孔隙含水量有关，当电缆本体发热引起土壤温升时，电缆周围土壤水分在热作用下，向外层土壤迁移，在电缆周围形成干燥区域，该区域的热阻系数不同于自然土壤，因此可用两层热阻表示土壤的传热特性，为了计算方便，认为局部干燥区域为与电缆本体同轴的柱形区域，干燥区域的厚度随着线芯电流增大而增大，但其变化率越来越小因此，认为当线芯电流达到90％设计载流量时，干燥区域边界已经稳定通过实验即可测量边界厚度。

4.根据权利利要求1所述的考虑土壤局部干燥的直埋单芯电缆载流量计算方法，其特征在于，步骤S3中，所述热路模型是将本体部分热路与外部土壤的两层热阻结构串联起来得到的。

5.根据权利要求1所述的考虑土壤局部干燥的直埋单芯电缆载流量计算方法，其特征在于，步骤S4中，计算直埋电缆载流量的公式为：

I={Δt-0.5ωdT1-ωd(T2+T3+T4+T5+T6+T7)R[T1+T2+T3+T4(1+λ1)(T5+T6+T7)}0.5---(2)]]>

式中，I为电缆的载流量，A；Δt为高于环境温度的导体温升，℃；ω_d为绝缘单位长度的介质损耗，W/m；R为最高工作温度下导体单位长度的交流电阻，Ω/m；T₁为导体绝缘单位长度的热阻，K·m/W；T₂为绕包带单位长度的热阻，K·m/W；T₃为气隙层单位长度的热阻，K·m/W；T₄为金属铝护套单位长度的热阻，K·m/W；T₅为外护套单位长度的热阻，K·m/W；T₆为局部干燥土壤单位长度的热阻，K·m/W；T₇为自然土壤单位长度的热阻，K·m/W；λ₁为电缆金属护套损耗相对于导体损耗的比率。