单芯电力电缆导体温度计算及实验研究

单芯电力电缆导体温度计算及实验研究1研究意义2国内外研究概况3存在的问题4技术路线和措施5论文的主要内容美国著名的玛丽埃塔学院中国项目部主任萧雄义日前在美国俄亥俄州媒体撰文指出，随着中国对海上通道安全的日益关注，中国领导人将打造蓝水海军列为军队现代化建设的优先内容，海军所获军费预算占到了解放军总预算的30%。目前，海军现役和正在建造的各类舰艇数以千计，而一艘舰艇所使用的电缆一般有几百公里到几千公里长。一、研究意义1.1应用现状电缆是由线芯、绝缘层和保护层组成的，电缆在运行过程中受电、热、机械、化学等因素的作用会发生老化。尤其在舰艇上,由于舱室温度过高,湿度大，电缆工作时线路损耗等原因,使主干电缆和其他一些重要电缆的橡胶绝缘材料长时间处于较高的温度状态,电缆更易产生老化现象,最终导致电缆失效酿成火灾事故，造成非战斗减员，大大影响我军的战斗力和广大官兵的人身安全。1.2课题的提出在这些因素中，线芯发热升温是造成电缆老化失效的主要原因，电缆绝缘材料的长期允许最高工作温度是电缆持续载流量的决定性因素，而实际运行中导体外表面为绝缘材料的最高温度点，故导体温度值不能超过绝缘材料的长期耐受温度（一般为90℃）以保证电缆的寿命。因此，如何准确的掌握电缆线芯的温度成为计算电缆剩余使用寿命的关键。BACK2.1稳态研究目前国内外常用的导体稳态温度计算采用IEC-60287标准中的相应公式，由外部环境温度反推求得导体温度。此种方法基于电缆稳态热路，假定外部环境因素恒定，根据电缆的结构、材料参数和敷设条件，计算电缆的损耗、热阻等，导体温度由电缆各层的温升线性叠加得到。二、国内外研究概况2.2暂态研究国内外关于电缆的暂态导体温度计算都是基于电缆的暂态热路模型，IEC-60853标准中推荐了阶跃函数负荷电流作用下电缆导体暂态温升的计算思路，即分别建立电缆本体和周围介质的暂态热路模型，并分别计算电缆内部和外部两部分暂态响应，然后进行线性叠加。3.1计算公式中含有待求量导体交流电阻R是导体运行温度的函数；金属护套损耗系数λ1又与导体和金属护套的交流电阻有关。三、存在的主要问题3.2金属护套环流损耗计算不够严密金属护套损耗由环流损耗与涡流损耗组成，精确的环流损耗应用护套环流的平方值乘以护套电阻来计算，但在IEC60287标准中，环流损耗则是用环流损耗系数乘以导体损耗得到的，而环流损耗系数的计算公式本身并不严密。首先环流损耗系数计算公式含有导体和金属护套电阻两个量，其在计算中均是采用估计值；其次环流损耗系数公式的推导过程中未建立完整的护套环流模型，忽略了接地电阻、大地漏电阻以及不同相电缆间的互感，由此得出的计算公式是不精确的。4.1导体温度的精确计算采用更符合实际运行和精度要求的迭代算法，给定导体温度的初值，根据电缆等效热路计算导体温度末值，判断初末值的差别大小，然后不断修正导体温度的初值，直到初末导体温度的差值小于一个设定的阀值，就认为得到了精确的导体温度。四、技术路线和措施4.2金属护套环流的计算电缆金属护套两端直接接地或交叉互联接地分段不均匀时，将会在金属护套内产生较大的环流，建立此时金属护套环流的等值回路，根据节点电压法列写方程，再利用高斯消去法求解线性方程组，得到护套环流。1、对单芯乙丙电缆结构进行分析，介绍IEC标准中稳态条件下电缆的发热方程和等值热路以及电缆本体热阻、介质损耗、金属护套损耗的计算公式，根据热路和电路的相似性建立电缆稳态传热模型，给出电缆稳态导体温度计算方法；五、主要内容2、针对IEC计算方法的缺陷作出改进，提出更适应大环流和复杂敷设环境的稳态导体温度数值迭代算法，并进行了现场试验验证；3、建立电缆本体及周围介质的暂态热路模型，对电缆热时间常数进行研究，进而建立应急负荷条件下的电缆暂态导体温度计算公式，并进行了现场试验验证。