[发明专利]一种电缆屈曲的建模方法

说明书

一种电缆屈曲的建模方法，该建模方法将原来整个电缆芯线按几何形状的变化性质划分节点，分解成小单元，构造相应的刚度矩阵，采用虚位移原理来建立平衡关系。在电缆芯线内取任意一点P，割取一个微小的平行六面体所示，x，y，z三个方向的棱边长度分别为dx，dy，dz。首先，以连接六面体前后两面中心的直线为矩轴，列出力矩的平衡方程∑M_ee'＝0，由其余两个平衡方程∑F_y＝0和∑F_z＝0可以得出与之相似的两个方程。本发明发明基于ANSYS有限元软件对不同长度的电缆芯线在截取过长时产生的屈曲应力进行了仿真，分析了芯线长度对套管受力的影响规律，仿真结果表明套管受力会随着电缆芯线长度的增加而明显降低，并给出了合理的套管高度。为环网柜电缆终端的合理设计和安装提供了理论依据。

技术领域

本发明涉及环网电缆供电技术领域，特别是一种电缆屈曲的建模方法。

背景技术

环网供电技术可以大大提高供电的可靠性和稳定性，因此在各个城市电网改造中日益受到关注和应用，同时环网柜因为其体积小、方便安装和维修，并且在使用的时候运行成本小等特点也得到广泛的应用。但是当前环网柜大多使用欧式的，在欧洲电力电缆通常使用的是单芯电缆，在与环网柜连接时各相长度易于调整，便于安装。而在国内配电网中，电力电缆通常采用三芯电缆，由于三芯电缆与环网柜连接时固定在一个电缆卡箍上，三支电缆相互影响，所以电缆芯线截取时，很难做到三相电缆都恰好合适，经常出现一相或两相电缆芯线比标准长度要大些。根据环网柜厂家提供的事故调查报告，这个误差值在1cm左右，为了能与套管双头螺栓连接，必然要压弯电缆芯线，导致其屈曲过大从而对套管产生较大的作用力甚至破坏套管，这是环网柜施工中常见的且很难避免的问题，也是欧式环网柜进入国内配电网经常出现故障的重要原因。对于目前环网柜电缆室事故频发，有些学者提出了一些改善措施。但都只是主观的凭借经验提出的观点，而没有进行客观的理论计算。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种电缆屈曲的建模方法，基于ANSYS有限元软件对不同长度的电缆芯线在截取过长时产生的屈曲应力进行了仿真，分析了芯线长度对套管受力的影响规律。建模仿真结果表明：套管受力会随着电缆芯线长度的增加而明显降低，并给出了合理的套管高度，为环网柜电缆终端的合理设计和安装提供了理论依据。

本发明采取的技术方案为：

一种电缆屈曲的建模方法，包括以下步骤：

步骤1、将原来整个电缆芯线按几何形状的变化性质划分节点，分解成小单元，构造相应的刚度矩阵，采用虚位移原理来建立平衡关系。

在电缆芯线内取任意一点P，割取一个微小的平行六面体所示，x，y，z三个方向的棱边长度分别为dx，dy，dz。首先，以连接六面体前后两面中心的直线为矩轴，列出力矩的平衡方程∑M_ee'＝0，即：

整理，并略去微量后，得：τ_yz＝τ_zy

同样可以得出：τ_xy＝τ_yx,τ_zx＝τ_xz

式中，τ_xy为x平面指向y平面的剪应力；同理，其他τ为个平面的剪应力。

列出x轴方向的力的平衡方程∑F_x＝0

式中，σ_x为垂直于x平面的正应力，同理，其他σ为各平面的正应力。

由其余两个平衡方程∑F_y＝0和∑F_z＝0可以得出与之相似的两个方程,化简,除以dxdydz,得: