[发明专利]计算电场-温度场耦合下的碳纤维复合芯导线弧垂的方法

说明书

本发明公开了设定线路为没有刚性的柔性锁链，碳纤维复合芯导线只承受轴向张力，不能承受弯曲力矩以及载荷为均匀分布，建立碳纤维复合芯导线的弧垂计算方程；根据碳纤维复合芯导线自重以及在有风和覆冰的情况下的运行状态，计算碳纤维复合芯导线的比载和应力；选取碳纤维复合芯导线股所在层、根数、线股直径、节径比、节距、泊松比以及弹性模量参数，建立有限元模型，施加温度场，分析并计算温度场下的弧垂；仿真分析弧垂点的电场强度，确保弧垂周围的电场强度不影响周围环境。本发明全面的考虑了在电场和温度场共同作用下碳纤维复合芯导线的弧垂特性，增强了碳纤维复合芯导线的运行安全性。

技术领域

本发明涉及碳纤维复合芯导线性能研究的技术领域，尤其涉及计算电场-温度场耦合下的碳纤维复合芯导线弧垂的方法。

背景技术

随着国民经济的持续快速发展，各地区的能源消耗不断增加，输电线路也随之得到了广泛的研究，输电线路用于电力传输的钢芯铝绞线逐渐发展出碳纤维复合芯导线，具备了质量轻，损耗少，弧垂特性好等优点，更加适用于各种工作条件。输电线路的输送容量、可靠性及安全性由碳纤维复合芯导线的特性决定。其中，对碳纤维复合芯导线机械特性的研究相对成熟。也有碳纤维复合芯导线热力学特性领域的研究，如计算电阻时，要考虑与温度的关系，因为不仅热导率会随温度变化，电导率也会随温度变化。钢芯铝绞线各层存在着径向温度差，理论计算结果无法准确的反映输电碳纤维复合芯导线在实际工作中的运行温度。因此，在温度场下对碳纤维复合芯导线性能进行分析，对提高碳纤维复合芯导线输电能力具有很大的参考意义，此外，线表面电场强度的计算直接关系到线路造价、经济运行和对周围环境的影响。

因此，碳纤维复合芯导线在工作中受到多场的影响，而电场和温度场在对碳纤维复合芯导线的作用上是相互耦合的，在电场和温度场的作用下对碳纤维复合芯导线性能进行研究，无论是对碳纤维复合芯导线载流量的提高，还是碳纤维复合芯导线的安全运行有着重要意义，现有的研究在计算弧垂时，没有同时考虑电场和温度场的作用，易忽略其中的相互作用，进而影响安全性。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明目的是提供计算电场-温度场耦合下的碳纤维复合芯导线弧垂的方法，解决目前对碳纤维复合芯导线性能的研究没有同时考虑电场和温度场的作用，而忽略其中的相互作用，进而影响安全性的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

第一方面，本发明实施例提供了计算电场-温度场耦合下的碳纤维复合芯导线弧垂的方法，包括：设定线路为没有刚性的柔性锁链，碳纤维复合芯导线只承受轴向张力，不能承受弯曲力矩以及载荷为均匀分布，建立所述碳纤维复合芯导线的弧垂计算方程，得到在搭建好的实际运行线路中，对弧垂大小产生影响的因素为碳纤维复合芯导线比载和应力；

根据所述碳纤维复合芯导线自重以及在有风和覆冰的情况下的运行状态，计算所述碳纤维复合芯导线的比载和应力；

选取碳纤维复合芯导线股所在层、根数、线股直径、节径比、节距、泊松比以及弹性模量参数，建立有限元模型，施加温度场，分析并计算所述温度场下的弧垂；

仿真分析弧垂点的电场强度，确保弧垂周围的电场强度不影响周围环境。

作为本发明所述计算电场-温度场耦合下的碳纤维复合芯导线弧垂的方法，其中：所述碳纤维复合芯导线的弧垂计算方程包括，

所述碳纤维复合芯导线的弧垂计算方程的表达式为：