[发明专利]一种海底观测网海缆电气模拟装置

权利要求书

1.一种海底观测网海缆电气模拟装置，用于模拟海底观测网海缆的结构和功能，其特征在于，该装置包括依次串联连接的高压输入接口、多个分布式海缆模拟单元、多个分支单元和多个接地故障模拟单元；

所述高压输入接口，用于接收岸基站提供的高压电源；

所述分布式海缆模拟单元，用于模拟单位长度内的海缆电气分布参数；

所述分支单元和主基站连接，用于为主基站提供电能并对其进行故障隔离；

所述分支单元并联连接主基站，所述分支单元的个数等于需要布设主基站的个数；其包括：第一开关K1，第二开关K2，第三开关K3，第一电容C_K1，第一电阻R_K1和第二电阻R_K2；

其中，所述第一开关K1，第二开关K2，第三开关K3均为常闭继电器；第一电阻R_K1作为缓关闭电阻，用于抑制过冲电流；

第一开关K1，第二开关K2，第三开关K3之间串联连接；第二开关K2与第一电阻R_K1并联，第一电容C_K1和第二电阻R_K2串联后与第三开关K3并联；

所述接地故障模拟单元，用于模拟任意位置的海缆接地短路故障。

2.根据权利要求1所述的海底观测网海缆电气模拟装置，其特征在于，所述分布式海缆模拟单元之间通过耐高压连接器级联；

根据公式(1)，获取分布式海缆模拟单元的个数N：

其中，分布式海缆模拟单元的单位长度p固定；p选择1-50km；h为海缆电气模拟装置模拟的海缆总长度。

3.根据权利要求1或2所述的海底观测网海缆电气模拟装置，其特征在于，所述分布式海缆模拟单元包括：无感电阻R、无极性电容C和电感L；

每个单位长度的分布式海缆模拟单元安装于绝缘箱体中，所述绝缘箱体之间用耐高压连接器相连；

其中，根据公式(2)，获取无感电阻R；

其中，R_st为钢质导体部分的电阻；R_cu为铜质导体部分的电阻；

其中，

其中，α是海缆内的光纤层内径；b是海缆内的导体内径；c代表海缆内的铜管外径；ρ_st是钢的电阻率；ρ_cu是铜的电阻率；

根据公式(5)，获取电感L；

其中，λ_cable为海缆磁通量；i_cable为海缆电流；

λ_cable＝λ_st+λ_cu (6)

i_cable＝i_cu+i_st (7)

其中，λ_st为钢制导体的磁通量；λ_cu为铜制导体的磁通量；i_cu为铜制导体部分电流；i_st为钢制导体部分电流；

其中，B₁为磁感应强度；μ是导体的磁导率；i为导体上流过的电流；r是海缆内的导体内任意半径；

根据公式(10)，获取无极性电容C；

其中，ε为绝缘层的介电常数；d₁为海缆内的绝缘层的外半径；c₁为海缆内的绝缘层的内半径。

4.根据权利要求3所述的海底观测网海缆电气模拟装置，其特征在于，所述分布式海缆模拟单元中的无感电阻R、无极性电容C、电感L三者之间的连接方式如下：

所述分布式海缆模拟单元的输入连接无感电阻R的A端，无感电阻R的B端连接无极性电容C的A端，无极性电容C的B端连接海水或大地；无感电阻R的B端同时还连接电感L的A端，电感L的B端连接下一个分布式海缆模拟单元。