CN105222909A - 电力电缆中间接头温度计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力电缆中间接头温度计算方法，属于电缆监测技术领域。步骤为：A、查阅IEC？60287标准，获取电缆载流量计算所需相关参数，以及电缆载流量负荷电流值I₃、电缆的本体表皮温度测量值θ₂’和环境温度θ₀；B、获取修正系数k，得到修正公式：C、根据相关参数、I₃，代入修正公式，反算出高于环境温度的导体温升Δθ；D、根据θ₂’、Δθ，求解出电缆的本体导体温度θ₁’：E、根据环境温度θ₀、本体导体温度θ₁’，利用接头温度计算公式求解出接头表皮温度θ₂和接头导体温度θ₁。本发明引入了修正系数k，提高了IEC？60287标准计算电缆载流量的精度，并提出中间接头温度计算方法，可准确计算接头导体和接头表皮温度，便于实时监测中间接头，很好补充了IEC？60287标准。

Description

电力电缆中间接头温度计算方法

技术领域

本发明涉及一种电力电缆中间接头温度计算方法，属于电缆监测技术领域。

背景技术

随着用电量的高速增长和城网改造的进行，电网中的高压电缆线路日益增多，电力电缆的合理运行，成为电网安全、经济运行的保证。电缆构成材料分为两部份：一是导体，二是绝缘体，导体的作用是导通电流，所以导体会发热，而且电流越大、发热越厉害，导体的发热量与电流的平方成正比。绝缘体本身不会发热，但绝缘体是包裹在导体外面的，导体发的热量会百分百传给绝缘体，使绝缘体温度升高。

导体由金属做成，常规使用铜、铝等金属材质，因此导体相对不怕高温，100～200℃的温度对铜、铝等金属材质均不会产生影响，但绝缘体是有机物做成，相对害怕高温，100～200℃的温度，绝缘体就无法承受，所以为了保证电缆的绝缘体不会因高温而损坏，就有必要限制导体的发热量，也就是限制导体的温度。如果说，“电缆导体长期允许工作温度90度”，就是指该电缆导体的工作温度可以长期保持在90度，而不会对该电缆的绝缘材料造成额外损害。

电缆导体的长期允许最高工作温度θ(如交联聚乙烯为90℃)决定了电缆的持续允许载流量，若电缆的负荷电流接近其载流量，使得绝缘材料的工作温度低于其长期允许最高工作温度，可保证电缆在使用期内(30年左右)安全可靠、经济合理的运行；若电缆工作温度过高，绝缘材料老化加速，电缆寿命缩短，有可能发生热击穿而损坏，甚至遭造成火灾。但若长期低负荷运行，则会导致电缆截面得不到有效利用，不能充分发挥电缆的传输能力，造成投资浪费。由于目前技术上尚难以实现对电缆导体温度的直接在线测量，因而准确计算电缆载流量、从而通过IEC60287标准反算出电缆导体温度就显得尤为重要。

因此电力电缆的温度与电缆老化、电缆载流量均密切相关。在现场运行中，根据调度中心提供的电缆实际负荷电流值，利用IEC60287标准计算出电缆导体温度，可以反向判断电缆的运行状态，有效地防止电缆局部过热，保证电缆的使用寿命。国际电工委员会(IEC)标准在1957年McGrath论文的基础上，结合1957年之后载流量的算法改进，于1982年提出了电缆额定载流量(100％负荷因数)计算标准——IEC60287标准(国内相对应的标准是JB/T10181—2000《电缆载流量计算》)，利用该IEC60287标准可以满足大部分条件下的载流量的基本计算，IEC60287标准中的电缆载流量传统计算公式为：

$I=\sqrt{\frac{\mathrm{\Δ}\mathrm{\θ}-W_d\[0.5T_1+n(T_2+T_3+T_4)\]}{{\mathrm{RT}}_1+nR(1+{\mathrm{\λ}}_1)T_2+nR(1+{\mathrm{\λ}}_1+{\mathrm{\λ}}_2)(T_3+T_4)}}$

其中：

I——电缆载流量；

R——最高工作温度下导体的交流电阻；

W_d——绝缘层的介质损耗；

λ₁——金属套与屏蔽的损耗系数；

λ₂——铠装的损耗系数；

T₁——绝缘层热阻；

T₂——内衬及填料热阻；

T₃——外护套热阻；

T₄——空气中电缆外部热阻；

n——电缆中载有负荷的导体数；

Δθ——高于环境温度的导体温升；

但该计算公式中存在大量的经验公式和相似处理，有一些不足之处，尽管进行了多次改进，由于IEC60287标准是建立在解析和经验的基础上，而实际电缆运行工况复杂多变，这就造成了IEC60287标准在计算电缆本体导体温度时存在误差，其测试精度低，适用范围小，具有一定的局限性，因此导致反向计算出的电缆导体温度误差更大，进一步降低其应用适应性。

同时在实际工况中，当电缆铺设好后，为了使其成为一个连续的线路，各段电缆必须连接为一个整体，因此电缆上还会有数量众多的中间接头，中间接头的运行环境较电缆本体要恶劣很多，中间接头温度要大大高于电缆本体温度。所以，为了能够充分掌握中间接头运行状况，防止中间接头局部过热，希望能够通过简单地计算，获得中间接头温度，以实时判断中间接头的运行状况。而根据IEC60287标准只能够计算出电缆的本体导体温度，无法计算出中间接头温度。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是针对IEC60287标准存在的问题，在对IEC60287标准进行修正的基础上，提出一种电力电缆中间接头温度计算方法，以此计算出电力电缆的中间接头温度，用于实时判断中间接头的运行状况。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种电力电缆中间接头温度计算方法，包括以下步骤：

A、根据电缆构成、电缆各组成单元的材料及其几何属性，查阅IEC60287标准，获取计算电缆载流量所需相关参数，所述相关参数包括：

R——最高工作温度下导体的交流电阻；

W_d——绝缘层的介质损耗；

λ₁——金属套与屏蔽的损耗系数；

λ₂——铠装的损耗系数；

T₁——绝缘层热阻；

T₂——内衬及填料热阻；

T₃——外护套热阻；

T₄——空气中电缆外部热阻；

n——电缆中载有负荷的导体数；

同时获取电缆载流量负荷电流值I₃、电缆的本体表皮温度测量值θ₂’，以及环境温度θ₀，执行下一步骤；

B、对电缆载流量进行电热耦合多物理场计算，获取修正系数k，并对IEC60287标准中的电缆载流量传统计算公式进行修正，得到如下修正公式：

$I^{\′}=k\sqrt{\frac{\mathrm{\Δ}\mathrm{\θ}-W_d\[0.5T_1+n(T_2+T_3+T_4)\]}{{\mathrm{RT}}_1+nR(1+{\mathrm{\λ}}_1)T_2+nR(1+{\mathrm{\λ}}_1+{\mathrm{\λ}}_2)(T_3+T_4)}}$

式中：I’——电缆载流量修正值；

Δθ——高于环境温度的导体温升；

k——修正系数；

其余参数参见步骤A；

C、根据步骤A中的相关参数，以及电缆载流量负荷电流值I₃，代入步骤B中的修正公式，反算出高于环境温度的导体温升Δθ；

D、根据步骤A中的电缆的本体表皮温度测量值θ₂’，以及步骤C中的高于环境温度的导体温升Δθ，根据如下公式，求解出电缆的本体导体温度θ₁’：

Δθ＝θ′₁-θ'₂

θ′₁----本体导体温度；

θ′₂----本体表皮温度测量值；

E、根据步骤A中的环境温度θ₀，以及步骤D中的电缆的本体导体温度θ₁’，利用如下的接头温度计算公式求解出接头表皮温度θ₂和接头导体温度θ₁：

θ₁＝α(θ′₁-θ₀)+θ₀

θ₂＝β(θ′₂-θ′₁)+θ₁

式中：θ₁----接头导体温度；

θ₂----接头表皮温度；

θ₀----环境温度。

本发明技术方案的进一步改进在于：步骤E中的接头温度计算公式中：α的取值为1.1≤α≤1.4，β的取值为0.9≤β≤1.1。

本发明技术方案的进一步改进在于：步骤B中修正系数k的获取步骤如下：

步骤B1、确定电缆运行环境、敷设方式和导体截面积；

步骤B2、选定电缆载流量计算边界；

步骤B3、对所述边界进行有限元划分；

步骤B4、设定各个边界节点处的电缆载流量密度值；

步骤B5、根据边界各节点的电缆载流量密度值，利用有限元方法计算出边界各节点的电缆载流量值；

步骤B6、叠加计算边界各节点的电缆载流量值，求解出电缆载流量有限元值I₂；

步骤B7、根据电缆的绝缘材料，获取电缆导体的长期允许最高工作温度θ作为电缆的本体导体温度θ₁’，然后根据步骤A中的电缆的本体表皮温度测量值θ₂’，求解出高于环境温度的导体温升Δθ；

步骤B8、根据步骤A中的所述相关参数，以及步骤B7中的高于环境温度的导体温升Δθ，求解出电缆载流量传统计算值I₁；

步骤B9、将步骤B6中的I₂与步骤B8的电缆载流量传统计算值I₁作除法相除，得到修正系数k。

本发明技术方案的进一步改进在于：敷设方式包括排管敷设、直埋敷设、电缆沟敷设或隧道敷设。

由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：本专利针对传统的IEC60287标准的缺陷提出了两方面改进；

运用电热耦合多物理场计算，引入了修正系数k，对IEC60287标准中的电缆载流量计算公式进行修正，并得到影响修正系数k的因素，修正后的电缆本体导体温度的计算结果更加精确，计算误差小，提高了IEC60287标准计算电缆本体导体温度的计算精度和准确性。

提出的电力电缆中间接头温度计算方法，基于修正后的IEC60287标准，可方便地计算出电缆的中间接头温度，便于实时监测电缆的中间接头温度，弥补了IEC60287标准的缺陷；其中的接头温度计算公式，简单好记、方便计算、准确实用，避免大量敷设温度传感器进行现场实测。该算法很好地补充了IEC60287标准，提高了IEC60287标准的适用性。

附图说明

图1是本发明总体流程图；

图2是本发明实施例1的现场回路剖面图以及现场温度传感器安装示意图；

图3是本发明实施例1的电缆区域有限元网格剖分图；

其中，1～9、温度传感器，10、隧道。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详细说明：

实施例1

参见图2，图2示出了本实施例的现场电缆回路剖面图以及现场温度传感器安装示意图。试验电缆为单根单芯交联聚乙烯电缆(以下简称XLPE电缆)，采用隧道敷设方式。隧道为左右对称结构，共八层：其中一二层为220kV电缆，三至五层为110kV电缆，六至八层为10kV电缆，在第四层为中间接头，中间接头的电缆为铝制导体，其余各层电缆为铜制导体，环境温度为14.1℃。

三至五层电缆的尺寸规格参见表1。

表13～5层电缆尺寸规格表

现场测量期间在三至五层的110kV三相电缆的表皮上设置温度传感器1～温度传感器9，所述各温度传感器测得110kV电缆的表皮温度如表2所示，其中第一至第五层电缆的负荷电流值如表3所示。

表2各传感器所测表皮温度值

层数(从低到高)	名称	负荷电流(A)
			第一层	至热电厂	257.39
第二层	韩通二线	62.30
			第三层	民广线	93.43
第四层	民生-方北线	49.84
			第五层	民生-胜利二线	174.00

表31～5层电缆的负荷电流值

一、获取计算电缆载流量所需相关参数

查阅IEC60287标准，获取计算电缆载流量所需相关参数，具体过程如下：

1、导体交流电阻计算

导体在最高工作温度下工作时单位长度的交流电阻由下式给出：

R＝R'(1+Y_s+Y_p)

式中：

R——最高工作温度下导体的交流电阻(Ω/m)

R'——最高工作温度下导体的直流电阻(Ω/m)

Y_s——集肤效应系数

Y_p——临近效应系数

直流电阻R'由下式计算给出：

R'＝R₀[1+α₂₀(θ-20)]

式中：

α₂₀——导体电阻的温度系数。根据IEC60287标准可得知，

α₂₀＝3.93×10-3(1/K)。

θ——电缆导体的长期允许最高工作温度(℃)，对于试验的XLPE电缆取80℃。集肤效应系数Y_s由下式给出：

$Y_s=\frac{x_s^4}{192+0.8x_s^4}$

$x_s^2=\frac{8\mathrm{\π}f}{R^{\′}}\×{10}^{-7}{k}_s$

f——电源频率，取为50Hz。

k_s——根据IEC60287标准选取。

由于本试验仅由一根单芯电缆形成回路，因此临近效应不予考虑。

2、绝缘层的介质损耗W_d

根据IEC60287标准，对于XLPE无绝缘填充料的电缆，在运行电压低于127kV时，可以不考虑介质损耗，即W_d＝0。

3、金属套与屏蔽的损耗系数λ₁

对于工频交流电力电缆，护套往往是接地的，而由于交变电流产生的感应电势的影响，会在金属套与屏蔽上产生环流电流，从而引起损耗。本试验中由于护套不接地，因此不予考虑，即λ₁＝0。

4、电缆热阻计算

绝缘层热阻T₁

对于单根电缆，整个绝缘层的热阻为：

T₁＝(ρ_T/2π)ln(1+2t₁/d_c)

对于单芯电缆，导体和金属之间绝缘厚度应当按如下公式进行计算：

$t_1=\frac{(D_{oc}+D_{it})}{2}-t_s$

式中：

ρ_T——为绝缘层热阻，对于XLPE材料取为3.5K·m/W；

d_c——导体直径(mm)；

t₁——导体和金属之间的绝缘厚度(mm)；

t_s——金属套厚度；

D_oc——正好与皱纹金属套波峰相切的假想同心圆柱体的直径；

D_it——正好与皱纹金属套波谷内表面相切的假想同心圆柱体的直径。

内衬及填料热阻计算T₂

对于本试验涉及的电缆，内衬及填料为阻水带，其计算公式为：

T₂＝(ρ_T2/2π)G

式中：

ρ_T2——为绝阻水带热阻，取5.0K·m/W；

G——根据IEC60287标准，查表得0.07，0.08。

外护套热阻计算T₃

本试验所使用的110kV电缆金属套为皱纹金属套，则金属套外护套热阻由下式计算：

T₃＝(ρ_T3/2π)ln{(D_oc+2t₃)/[(D_oc+D_it)/2+t_s]}

式中，

ρ_T3——外护套热阻，本文中PVC护套ρ_T3取为6.0K·m/W；

t₃——外护套厚度(mm)；

空气中电缆外部热阻T₄

试验中电缆模拟隧道敷设环境，因此整个试验回路处在室内环境中，不受阳光照射。空气中不受阳光照射情况下的电缆周围热阻由下式给出：

T₄＝1/πD_eh(Δθ_s)^1/4

$h=z/D_e^g+E$

式中，

h——散热系数；

D_e——电缆外径，对于皱纹金属套D_e＝(D_oc+2t₃)×10^-3；

D_oc——与皱纹金属套波峰相切的假想同心圆柱体的直径；

Δθ_s——超过环境温度以上的电缆表面温度。

同时获取电缆载流量负荷电流值I₃、电缆的本体表皮温度测量值θ₂’，以及环境温度θ₀。

二、获取修正系数k

选取第一、二层的220kV电缆进行修正系数k的获取试验，对电缆载流量进行电热耦合多物理场计算，以修正IEC60287标准，所述电缆的具体尺寸规格见表4。

表41～2层电缆尺寸规格

修正系数k具体获取步骤如下：

步骤B1、确定电缆运行环境、敷设方式和导体截面积；

步骤B2、选定电缆载流量计算边界；

步骤B3、对所述边界进行有限元划分，电缆区域有限元网格剖分图如图3所示；

步骤B4、设定各个边界节点处的电缆载流量密度值；

步骤B5、根据边界各节点的电缆载流量密度值，利用有限元方法计算出边界各节点的电缆载流量值；

步骤B6、叠加计算边界各节点的电缆载流量值，求解出电缆载流量有限元值I₂；

步骤B7、根据电缆的绝缘材料，获取电缆导体的长期允许最高工作温度θ作为电缆的本体导体温度θ₁’，然后根据同时获取的电缆的本体表皮温度测量值θ₂’，求解出高于环境温度的导体温升Δθ；

步骤B8、根据步骤一获取的电缆载流量计算相关参数，以及步骤B7中的高于环境温度的导体温升Δθ，求解出电缆载流量传统计算值I₁；

步骤B9、将步骤B6中的I₂与步骤B8的电缆载流量传统计算值I₁作除法比，也就是I₂除以I₁得到修正系数k。

经上述步骤方法进行计算，在隧道敷设方式下，修正系数k为1.11。

然后仍然采用该电缆，将敷设方式依次修改为排管敷设、直埋敷设、电缆沟敷设这三种常规敷设方式，按照前述相同步骤获取对应的修正系数k，最终结果如表5所示：

敷设方式	导体截面(mm2)	修正系数k
			排管敷设	1200	1.24
直埋敷设	1200	1.24
			电缆沟敷设	1200	1.11
隧道敷设	1200	1.11

表5修正系数k取值表

将修正系数k代入IEC60287标准中的电缆载流量传统计算公式，得到如下修正公式：

$I^{\′}=k\sqrt{\frac{\mathrm{\Δ}\mathrm{\θ}-W_d\[0.5T_1+n(T_2+T_3+T_4)\]}{{\mathrm{RT}}_1+nR(1+{\mathrm{\λ}}_1)T_2+nR(1+{\mathrm{\λ}}_1+{\mathrm{\λ}}_2)(T_3+T_4)}}$

代入修正公式计算得到载流量修正值I’，

再根据实际测得的载流量负荷电流值I₃，以及公式Δθ＝θ′₁-θ'₂，求得θ′₁。

通过对现场实测数据进行计算，结果如表6所示，计算结果表明引入修正系数k能够提高载流量计算的精度。

表6电缆的本体导体温度与传统算法、修正算法计算温度精度比较

最后根据公式

θ₁＝α(θ′₁-θ₀)+θ₀，

θ₂＝β(θ′₂-θ′₁)+θ₁，

求得：θ₁和θ₂。

中间接头温度传感器测量出的温度与计算值对比见表7

表7中间接头温度传感器测量出的温度与本方法计算值对比

由表7的数据可表明，该算法能够应用于工程实际，可以较为准确的计算出电缆中间接头温度。随后将修正系数k计算所使用的电缆的导体截面积进行变更，依次更改为400mm²、800mm²、1600mm²，由于导体截面积对修正系数k影响较小，虽然k略有浮动，电缆载流量计算精度有些许降低，但在可接受的范围内，不影响使用。可以依然使用导体截面积为1200mm²的修正系数。

同理电缆敷设方式选用暗敷，区别于表5中的四种敷设方式，由于暗敷与表5中的直埋敷设方式类似，故可以参考直埋敷设时的修正系数，虽然在暗敷下电缆载流量计算精度有所降低，但在可接受的范围内，因此仍然可以使用表5中类似敷设方式下的修正系数k值。

实施例2

一、基本条件

1.电缆结构

ZC-YJLW02-Z127/2201×1600mm²电缆结构参数

2.运行状况

线路类型：三相交流电

电压等级：220(kV)

频率：50(Hz)

共有1个回路

当前回路是第1个回路

3.电缆敷设方式、环境条件

敷设方式：隧道敷设

媒质温度：25(℃)

无阳光直接照射

4.电缆排列方式、相位、接地方式、位置信息

排列方式：三角排列

相位：0(度),120(度),240(度)

接地方式：交叉互联

二、电缆额定载流量计算

根据电缆构成、电缆各组成单元的材料及其几何属性，查阅IEC60287标准，获取计算电缆载流量所需相关参数，电缆为XLPE电缆。

1、交流电阻

(1)最高温度下的直流电阻

R'＝R₀×[1+α₂₀(θ-20)]

求得：R'＝1.41866e-005(Ω/m)

(2)集肤效应因数

$X_s^2=\frac{8\mathrm{\π}\·r}{R^{,}}\×{10}^{-7}{k}_s$

$y_s=\frac{X_s^4}{192+0.8x_s^4}$

求得：X_s ²＝16.8178

Y_s＝0.72823706

(3)邻近效应因数

$X_p^2=\frac{8\mathrm{\π}\·f}{R^{,}}\×{10}^{-7}{k}_p$

不等距时,其中的s₁、s₂分别表示不等距时两两之间的距离；

$y_p=\frac{x_p^4}{192+0.8x_p^4}{\left(\frac{d_c}{s}\right)}^2\×\[0.312{\left(\frac{d_c}{s}\right)}^2+\frac{1.18}{\frac{x_p^4}{192+0.8x_p^4}+0.27}\]$

求得：X_p ²＝3.277432255

Y_p＝0.006080139

(4)交流电阻

求得：R＝1.5306e-005(Ω/m)

2、绝缘损耗

(1)导体电容

求得：C＝2.12392e-010(F/m)

(2)绝缘损耗

W_d＝2πfCU₀ ²tanδ

求得：W_d＝1.076207223(W/m)

3、金属套和铠装中的功率损耗

(1)最高工作温度下电缆单位长度金属套或屏蔽的电阻

求得：单位长度金属套或屏蔽的电阻R_s＝1.32984e-005(Ω/m)

(2)最高工作温度下电缆单位长度铠装的电阻

已知：无铠装层。

求得：铠装层电阻R_s＝0(Ω/m)

(3)金属套、铠装并联电阻

已知：上面的金属套电阻和铠装层电阻

求得：金属套和铠装层并联电阻R_s＝1.32984e-005(Ω/m)

(4)金属套、铠装的损耗

说明：单芯电缆金属套和铠装中的损耗是合在一起算的，λ₁包含金属套损耗和铠装层损耗。

1)、计算环流损耗λ₁'

λ₁′＝0

2)、计算涡流损耗λ₁”

${\mathrm{\β}}_1={\left(\frac{4\mathrm{\π}\mathrm{\ω}}{{10}^7{\mathrm{\ρ}}_S}\right)}^{1/2}$

$m=\frac{\mathrm{\ω}}{R_S}\×{10}^{-7}$

$g_S=1+{\left(\frac{t_S}{D_S}\right)}^{1.74}\×({\mathrm{\β}}_1{P}_S\×{10}^{-3}-1.6)$

(1)三根单芯电缆呈三角形排列：

${\mathrm{\λ}}_0=3\left(\frac{m^2}{1+m^2}\right){\left(\frac{d}{2S}\right)}^2$

${\mathrm{\Δ}}_1=\left(1.14m^{2.45}+0.33\right){\left(\frac{d}{2S}\right)}^{(0.92\·m+1.66)}$

Δ₂＝0

(2)三根单芯电缆呈平面排列：

(a)中间电缆：

${\mathrm{\λ}}_0=6\left(\frac{m^2}{1+m^2}\right){\left(\frac{d}{2S}\right)}^2$

${\mathrm{\Δ}}_1=0.86m^{3.08}{\left(\frac{d}{2S}\right)}^{(1.4\·m+0.7)}$

Δ₂＝0

(b)越前相的外侧电缆：

${\mathrm{\λ}}_0=1.5\left(\frac{m^2}{1+m^2}\right){\left(\frac{d}{2S}\right)}^2$

${\mathrm{\Δ}}_1=0.86m^{3.08}{\left(\frac{d}{2S}\right)}^{(1.4\·m+0.7)}$

${\mathrm{\Δ}}_2=21m^{3.3}{\left(\frac{d}{2S}\right)}^{(1.47m+5.06)}$

(c)滞后相的外侧电缆：

${\mathrm{\λ}}_0=1.5\left(\frac{m^2}{1+m^2}\right){\left(\frac{d}{2S}\right)}^2$

${\mathrm{\Δ}}_1=\frac{0.74(m+2)m^{0.5}}{2+{(m-0.3)}^2}{\left(\frac{d}{2S}\right)}^{(m+1)}$

${\mathrm{\Δ}}_2=0.92m^{3.7}{\left(\frac{d}{2S}\right)}^{(m+2)}$

${\mathrm{\λ}}_1^{\′\′}=\frac{R_S}{R}\×\[g_S{\mathrm{\λ}}_0(1+{\mathrm{\Δ}}_1+{\mathrm{\Δ}}_2)+\frac{{\left({\mathrm{\β}}_1{t}_S\right)}^4}{12\×{10}^{12}}\]$

求得：β₁＝117.902,m＝0.975683,g_s＝1.0157767

求得：λ₁”＝0.446511476

3)、计算所有损耗

λ₁＝λ'₁+λ"₁(λ'₁环流损耗λ"₁涡流损耗)

求得：

单芯电缆的金属套或屏蔽的环流损耗λ₁'＝0

单芯电缆的金属套或屏蔽的涡流损耗λ₁”＝0.446511476

单芯电缆的金属套或屏蔽的损耗λ₁＝0.446511476

单芯电缆的铠装或加强层损耗λ₂＝0

4、导体和金属套之间的热阻T1

T₁＝(ρ_T/2π)ln(1+2t₁/d_c)

$t_1=\frac{(D_{oc}+D_{it})}{2}-t_s$

求得T₁＝0.496309607(K·m/W)

5、金属套和铠装之间的热阻T2

内衬及填料为阻水带，T₂＝(ρ_T2/2π)G

求得：T₂＝0(K·m/W)

6、外护层热阻T3

金属套为皱纹金属套

T₃＝(ρ_T3/2π)ln{(D_oc+2t₃)/[(D_oc+D_it)/2+t_s]}

求得：T₃＝0.009903235(K·m/W)

7、电缆外部热阻T4

空气中不受阳光照射情况下的电缆周围热阻由下式给出：

T₄＝1/πD_eh(Δθ_s)^1/4

D_e＝(D_oc+2t₃)×10^-3

求得：T₄＝0.402452528(K·m/W)

8、获取修正系数k，在隧道敷设方式下，k＝1.11

9、计算额定载流量

求得：I＝1465.82(A)

10、计算接头导体温度

电缆的实际负荷电流值I₃由电力部门调度中心提供，I₃＝498A，

其他相关参数参见上面所得数据，

代入修正公式

反算求得：Δθ＝2.733℃，

根据公式Δθ＝θ′₁-θ'₂，

已知：θ₂’＝16.6℃，

求得：θ′₁＝19.3℃，

θ₁＝α(θ′₁-θ₀)+θ₀，

已知：α＝1.25，θ₀＝14.1℃，

求得：θ₁＝20.6℃，

θ₂＝β(θ′₂-θ′₁)+θ₁，

已知：β＝0.98，

求得：θ₂＝17.9℃。

实施例3

本实施例与实施例2的区别为：电缆敷设方式为排管敷设，修正系数k＝1.24，求得：θ₁＝20.1℃，θ₂＝17.8℃。

Claims (4)

1.一种电力电缆中间接头温度计算方法，其特征在于包括以下步骤：

A、根据电缆构成、电缆各组成单元的材料及其几何属性，查阅IEC60287标准，获取计算电缆载流量所需相关参数，所述相关参数包括：

R——最高工作温度下导体的交流电阻；

W_d——绝缘层的介质损耗；

λ₁——金属套与屏蔽的损耗系数；

λ₂——铠装的损耗系数；

T₁——绝缘层热阻；

T₂——内衬及填料热阻；

T₃——外护套热阻；

T₄——空气中电缆外部热阻；

n——电缆中载有负荷的导体数；

同时获取电缆载流量负荷电流值I₃、电缆的本体表皮温度测量值θ₂’，以及环境温度θ₀，执行下一步骤；

B、对电缆载流量进行电热耦合多物理场计算，获取修正系数k，并对IEC60287标准中的电缆载流量传统计算公式进行修正，得到如下修正公式：

$I^{\′}=k\sqrt{\frac{\mathrm{\Δ}\mathrm{\θ}-W_d\[0.5T_1+n(T_2+T_3+T_4)\]}{{\mathrm{RT}}_1+nR(1+{\mathrm{\λ}}_1)T_2+nR(1+{\mathrm{\λ}}_1+{\mathrm{\λ}}_2)(T_3+T_4)}}$

式中：I’——电缆载流量修正值；

Δθ——高于环境温度的导体温升；

k——修正系数；

其余参数参见步骤A；

C、根据步骤A中的相关参数，以及电缆载流量负荷电流值I₃，代入步骤B中的修正公式，反算出高于环境温度的导体温升Δθ；

D、根据步骤A中的电缆的本体表皮温度测量值θ₂’，以及步骤C中的高于环境温度的导体温升Δθ，根据如下公式，求解出电缆的本体导体温度θ₁’：

Δθ＝θ′₁-θ′₂

θ′₁----本体导体温度；

θ′₂----本体表皮温度测量值；

E、根据步骤A中的环境温度θ₀，以及步骤D中的电缆的本体导体温度θ₁’，利用如下的接头温度计算公式求解出接头表皮温度θ₂和接头导体温度θ₁：

θ₁＝α(θ′₁-θ₀)+θ₀

θ₂＝β(θ′₂-θ′₁)+θ₁

式中：θ₁----接头导体温度；

θ₂----接头表皮温度；

θ₀----环境温度。

2.根据权利要求1所述的电力电缆中间接头温度计算方法，其特征在于：步骤E中的接头温度计算公式中：α的取值为1.1≤α≤1.4，β的取值为0.9≤β≤1.1。

3.根据权利要求1所述的电力电缆中间接头温度计算方法，其特征在于：步骤B中修正系数k的获取步骤如下：

步骤B1、确定电缆运行环境、敷设方式和导体截面积；

步骤B2、选定电缆载流量计算边界；

步骤B3、对所述边界进行有限元划分；

步骤B4、设定各个边界节点处的电缆载流量密度值；

步骤B5、根据边界各节点的电缆载流量密度值，利用有限元方法计算出边界各节点的电缆载流量值；

步骤B6、叠加计算边界各节点的电缆载流量值，求解出电缆载流量有限元值I₂；

步骤B7、根据电缆的绝缘材料，获取电缆导体的长期允许最高工作温度θ作为电缆的本体导体温度θ₁′，然后根据步骤A中的电缆的本体表皮温度测量值θ₂’，求解出高于环境温度的导体温升Δθ；

步骤B8、根据步骤A中的所述相关参数，以及步骤B7中的高于环境温度的导体温升Δθ，求解出电缆载流量传统计算值I₁；

步骤B9、将步骤B6中的I₂与步骤B8的电缆载流量传统计算值I₁作除法相除，得到修正系数k。

4.根据权利要求3所述的电力电缆中间接头温度计算方法，其特征在于：敷设方式包括排管敷设、直埋敷设、电缆沟敷设或隧道敷设。