JP2002131142A - ケーブル導体温度推定方法 - Google Patents
ケーブル導体温度推定方法Info
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- JP2002131142A JP2002131142A JP2000318817A JP2000318817A JP2002131142A JP 2002131142 A JP2002131142 A JP 2002131142A JP 2000318817 A JP2000318817 A JP 2000318817A JP 2000318817 A JP2000318817 A JP 2000318817A JP 2002131142 A JP2002131142 A JP 2002131142A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 管路に布設された電力ケーブル線路におい
て、管路の周囲が複雑な形状を有する場合や、材質の異
なる部分から成る場合、あるいは負荷電流が刻々変化す
る場合にも、線路の導体温度を簡易に精度よく推定す
る。 【解決手段】 有限要素法を用い、管路相互の熱伝達特
性を熱抵抗Rと熱容量CのRC等価回路により近似する
とともに、時間的に変化するケーブル発熱量を有限要素
法の発生熱量として用いる。
て、管路の周囲が複雑な形状を有する場合や、材質の異
なる部分から成る場合、あるいは負荷電流が刻々変化す
る場合にも、線路の導体温度を簡易に精度よく推定す
る。 【解決手段】 有限要素法を用い、管路相互の熱伝達特
性を熱抵抗Rと熱容量CのRC等価回路により近似する
とともに、時間的に変化するケーブル発熱量を有限要素
法の発生熱量として用いる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はケーブル導体温度推
定方法に関し、特に管路により布設された電力ケーブル
線路の導体の温度を、有限要素熱解析法を用いて推定す
るケーブル導体温度推定方法に関する。
定方法に関し、特に管路により布設された電力ケーブル
線路の導体の温度を、有限要素熱解析法を用いて推定す
るケーブル導体温度推定方法に関する。
【0002】
【従来の技術】定常状態および短時間過負荷時における
導体の温度を計算する方法として、一般的にJCS法が
用いられている。ほかに、学術雑誌「電気協同研究」第
53巻第3号第161ページから第167ページには、
ケーブルを線熱源として導体温度を簡易に計算する方法
(以下、簡易計算法という)が記載されている。
導体の温度を計算する方法として、一般的にJCS法が
用いられている。ほかに、学術雑誌「電気協同研究」第
53巻第3号第161ページから第167ページには、
ケーブルを線熱源として導体温度を簡易に計算する方法
(以下、簡易計算法という)が記載されている。
【0003】また、特公平7ー52126号には、RC
等価回路を用いて導体の最高温度を推定する方法が記載
されている。
等価回路を用いて導体の最高温度を推定する方法が記載
されている。
【0004】JCS法、簡易計算法、RC等価回路を用
いる方法のいずれも、簡便な導体温度計算方法として線
路設計に利用または検討されている。しかし、JCS法
では、定常状態における導体温度の計算には一定の負荷
電流を、短時間過負荷時における導体温度の計算には階
段状に順次変化する負荷電流を前提としており、日間負
荷パターンのように線路の負荷電流が刻々変化する場合
には適合しない。
いる方法のいずれも、簡便な導体温度計算方法として線
路設計に利用または検討されている。しかし、JCS法
では、定常状態における導体温度の計算には一定の負荷
電流を、短時間過負荷時における導体温度の計算には階
段状に順次変化する負荷電流を前提としており、日間負
荷パターンのように線路の負荷電流が刻々変化する場合
には適合しない。
【0005】RC等価回路を用いる方法は、基本的には
ケーブル単体およびその表面温度に対する計算であり、
複数の管路群で構成された管路布設ケーブル間の温度計
算を行う場合には適合しない。
ケーブル単体およびその表面温度に対する計算であり、
複数の管路群で構成された管路布設ケーブル間の温度計
算を行う場合には適合しない。
【0006】JCS法、簡易計算法は、管路の周囲が複
雑な形状を有する場合、あるいは種々の材質の部分から
成る場合には、誤差が大きく、適用が困難である。
雑な形状を有する場合、あるいは種々の材質の部分から
成る場合には、誤差が大きく、適用が困難である。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、ケー
ブルが管路に布設された電力ケーブル線路において、管
路の周囲が複雑な形状を有する場合や、材質あるいは熱
定数の異なる部分から成る場合に、導体温度を精度よく
推定する方法を提供することにある。
ブルが管路に布設された電力ケーブル線路において、管
路の周囲が複雑な形状を有する場合や、材質あるいは熱
定数の異なる部分から成る場合に、導体温度を精度よく
推定する方法を提供することにある。
【0008】本発明の目的は、また、ケーブルが管路に
布設された電力ケーブル線路において、負荷電流が刻々
変化する場合にも、導体温度を簡易に、しかも精度よく
推定する方法を提供することにある。
布設された電力ケーブル線路において、負荷電流が刻々
変化する場合にも、導体温度を簡易に、しかも精度よく
推定する方法を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明のケーブル導体温
度推定方法は、上記目的を達成するため、第一の管路に
挿入された第一の電力ケーブルの発熱に基づいて温度上
昇する第二の管路に挿入された第二の電力ケーブルの導
体の温度を推定するケーブル導体温度推定方法におい
て、第二の管路の温度上昇曲線を求めるステップ、 第
二の管路の温度上昇曲線に基づいて第一の管路と、それ
によって温度上昇させられる第二の管路の間の、熱抵抗
と熱容量を有する第一の熱定数を定めるステップ、 第
二の管路と、それによって温度上昇させられる第二の電
力ケーブルの導体の間の、熱抵抗と熱容量を有する第二
の熱定数を定めるステップ、 第一の電力ケーブルが所
定の発熱量で発熱したとき、第一及び第二の熱定数を用
いて第二の電力ケーブルの導体の温度を推定するステッ
プを、含むことを特徴とする。
度推定方法は、上記目的を達成するため、第一の管路に
挿入された第一の電力ケーブルの発熱に基づいて温度上
昇する第二の管路に挿入された第二の電力ケーブルの導
体の温度を推定するケーブル導体温度推定方法におい
て、第二の管路の温度上昇曲線を求めるステップ、 第
二の管路の温度上昇曲線に基づいて第一の管路と、それ
によって温度上昇させられる第二の管路の間の、熱抵抗
と熱容量を有する第一の熱定数を定めるステップ、 第
二の管路と、それによって温度上昇させられる第二の電
力ケーブルの導体の間の、熱抵抗と熱容量を有する第二
の熱定数を定めるステップ、 第一の電力ケーブルが所
定の発熱量で発熱したとき、第一及び第二の熱定数を用
いて第二の電力ケーブルの導体の温度を推定するステッ
プを、含むことを特徴とする。
【0010】第二の管路の温度上昇曲線を求める上記ス
テップは、所定の温度解析断面を有限要素に分割して、
有限要素法を用いることにより所定の計算を行なうステ
ップを含むことができる。このステップはまた、第一の
管路に階段状の温度上昇曲線に基づく温度上昇を付与す
るステップを含むことができる。
テップは、所定の温度解析断面を有限要素に分割して、
有限要素法を用いることにより所定の計算を行なうステ
ップを含むことができる。このステップはまた、第一の
管路に階段状の温度上昇曲線に基づく温度上昇を付与す
るステップを含むことができる。
【0011】
【発明の実施の形態】図1は2本の管路を有し地中に埋
設されたケーブル線路の断面を示す。地表面1の下の土
壌2中に管路3a及び管路3bを有するケーブル線路4
が埋設され、管路3aにはケーブル5aが、管路3bに
はケーブル5bが通されている。ケーブル5aが負荷電
流により発熱すると、管路3aの温度が上昇する。管路
3aの温度上昇が管路3bの温度に与える影響を有限要
素解析法により計算する。
設されたケーブル線路の断面を示す。地表面1の下の土
壌2中に管路3a及び管路3bを有するケーブル線路4
が埋設され、管路3aにはケーブル5aが、管路3bに
はケーブル5bが通されている。ケーブル5aが負荷電
流により発熱すると、管路3aの温度が上昇する。管路
3aの温度上昇が管路3bの温度に与える影響を有限要
素解析法により計算する。
【0012】図2は、図1に示したケーブル線路の、有
限要素に分割された断面を示す。ケーブル線路4等の断
面は複数の有限要素7に分割されている。管路3aは、
計算の条件として温度を直接与えるものだから、分割す
る必要はない。計算に際しては、有限要素7にそれぞれ
材質に応じた熱伝導率と熱容量を与える。
限要素に分割された断面を示す。ケーブル線路4等の断
面は複数の有限要素7に分割されている。管路3aは、
計算の条件として温度を直接与えるものだから、分割す
る必要はない。計算に際しては、有限要素7にそれぞれ
材質に応じた熱伝導率と熱容量を与える。
【0013】図3は、管路3a(第一の管路)および管
路3b(第二の管路)の温度上昇を示す。計算の条件と
して、管路3aの温度は、曲線Sで示すように、時刻ゼ
ロにT1からT2に階段状に上昇するものとする。この
とき、管路3b内のケーブル5bの発熱はゼロとおく。
このような条件で有限要素法の計算を行なうとき得られ
る管路3bの温度上昇特性は、曲線Rで示すように、温
度T1から徐々に上昇しT2に達するものとなる。
路3b(第二の管路)の温度上昇を示す。計算の条件と
して、管路3aの温度は、曲線Sで示すように、時刻ゼ
ロにT1からT2に階段状に上昇するものとする。この
とき、管路3b内のケーブル5bの発熱はゼロとおく。
このような条件で有限要素法の計算を行なうとき得られ
る管路3bの温度上昇特性は、曲線Rで示すように、温
度T1から徐々に上昇しT2に達するものとなる。
【0014】図4は、管路3bの温度上昇特性を近似的
に得るための、管路3aと管路3bを結ぶ、熱抵抗
(R)及び熱容量(C)から成るRC等価回路を示す。
RC等価回路は熱抵抗10と熱容量11とから成るRC
一段回路である。図4で符号12は大地を示す。管路3
bの温度上昇特性は、RC一段回路で置き換えたとき、
熱抵抗10の抵抗値Rと熱容量11の値Cの積RCに依
存し、経過時間tに対して1−exp(−t/RC)で
表わされる。
に得るための、管路3aと管路3bを結ぶ、熱抵抗
(R)及び熱容量(C)から成るRC等価回路を示す。
RC等価回路は熱抵抗10と熱容量11とから成るRC
一段回路である。図4で符号12は大地を示す。管路3
bの温度上昇特性は、RC一段回路で置き換えたとき、
熱抵抗10の抵抗値Rと熱容量11の値Cの積RCに依
存し、経過時間tに対して1−exp(−t/RC)で
表わされる。
【0015】図5は、管路3bとケーブル5bの導体6
との熱的関係を近似する等価回路を示す。図5は最も簡
単な例であり、ケーブル5bの熱抵抗25および熱容量
26から成るRC一段回路である。図5の等価回路を用
いて導体温度推定計算を進めると、ケーブル5aとケー
ブル5bの発熱によるケーブル5bの導体6の温度上昇
を計算することができる。管路3aとケーブル5aの導
体6との熱的関係もRC一段回路で表わすことができ
る。
との熱的関係を近似する等価回路を示す。図5は最も簡
単な例であり、ケーブル5bの熱抵抗25および熱容量
26から成るRC一段回路である。図5の等価回路を用
いて導体温度推定計算を進めると、ケーブル5aとケー
ブル5bの発熱によるケーブル5bの導体6の温度上昇
を計算することができる。管路3aとケーブル5aの導
体6との熱的関係もRC一段回路で表わすことができ
る。
【0016】図6は、積RCを変化させたときの管路3
bの温度上昇特性を示す。積RCを3通りに変化させた
ときの管路3bの温度上昇特性が、曲線A,B,および
Cで示されている。
bの温度上昇特性を示す。積RCを3通りに変化させた
ときの管路3bの温度上昇特性が、曲線A,B,および
Cで示されている。
【0017】導体温度推定のためには、温度上昇特性が
有限要素法の計算で得られる管路3bの温度上昇特性
(図6の曲線D)を近似するように、積RCの値を選
ぶ。図6の場合には曲線Bがそれであり、対応する積R
Cの値を以下の計算に用いる。
有限要素法の計算で得られる管路3bの温度上昇特性
(図6の曲線D)を近似するように、積RCの値を選
ぶ。図6の場合には曲線Bがそれであり、対応する積R
Cの値を以下の計算に用いる。
【0018】管路3b内のケーブル5bにも電流負荷が
あり、発熱があれば、管路3bの温度上昇により管路3
aの温度も上昇する。管路3aと管路3b、ケーブル5
aとケーブル5bが、それぞれ同じ材料、同じ寸法であ
るとすれば、このときの最適の積RCの値は、ケーブル
5aの発熱による管路3aの温度上昇に伴う管路3bの
温度上昇に対するそれ、すなわち図6の場合の曲線Bに
対応する積RCと同じである。
あり、発熱があれば、管路3bの温度上昇により管路3
aの温度も上昇する。管路3aと管路3b、ケーブル5
aとケーブル5bが、それぞれ同じ材料、同じ寸法であ
るとすれば、このときの最適の積RCの値は、ケーブル
5aの発熱による管路3aの温度上昇に伴う管路3bの
温度上昇に対するそれ、すなわち図6の場合の曲線Bに
対応する積RCと同じである。
【0019】図7は、ケーブル5aとケーブル5bの発
熱及びそれによるケーブル5bの導体6の温度変化を示
す。曲線Eはケーブル5aとケーブル5bの発熱量の時
間的変化を示す。ここでは、ケーブル5aの発熱量とケ
ーブル5bの発熱量は同じとした。曲線Fは、ケーブル
の発熱によるケーブル5bの導体6の温度の変化を示
す。
熱及びそれによるケーブル5bの導体6の温度変化を示
す。曲線Eはケーブル5aとケーブル5bの発熱量の時
間的変化を示す。ここでは、ケーブル5aの発熱量とケ
ーブル5bの発熱量は同じとした。曲線Fは、ケーブル
の発熱によるケーブル5bの導体6の温度の変化を示
す。
【0020】上記の実施形態では管路を構造物に含めて
いないが、管路そのものの材質、寸法をも含めて有限要
素法の計算を行なってもよい。管路の熱抵抗、熱容量も
加味して、管路相互の温度上昇特性を近似計算すること
により、管路の熱伝達の影響も考慮した、より精度の高
い導体温度推定ができる。
いないが、管路そのものの材質、寸法をも含めて有限要
素法の計算を行なってもよい。管路の熱抵抗、熱容量も
加味して、管路相互の温度上昇特性を近似計算すること
により、管路の熱伝達の影響も考慮した、より精度の高
い導体温度推定ができる。
【0021】熱源が、ケーブル管路以外の、例えば所定
の温度を有する冷水管やケーブル管路周囲の地下空間で
あっても、それらを解析断面に含めることにより本発明
の導体温度推定方法を適用できる。
の温度を有する冷水管やケーブル管路周囲の地下空間で
あっても、それらを解析断面に含めることにより本発明
の導体温度推定方法を適用できる。
【0022】本発明の導体温度推定方法は、ケーブル管
路をコンクリートブロックで覆って土壌に埋設した場
合、ケーブル管路の周囲が埋め戻した土壌で、その周り
が埋め戻し前の土壌である場合、管路の周囲の土壌が水
分含有量の差等により熱伝導率が一定でない場合等に
も、適用できる。
路をコンクリートブロックで覆って土壌に埋設した場
合、ケーブル管路の周囲が埋め戻した土壌で、その周り
が埋め戻し前の土壌である場合、管路の周囲の土壌が水
分含有量の差等により熱伝導率が一定でない場合等に
も、適用できる。
【0023】図8は、本発明の導体温度推定方法に用い
る装置を示す。この装置は、地下に埋設された管路内の
電力ケーブルの導体温度を推定するための装置である。
地表面1の下に管路3aおよび3bが埋設され、管路3
aを通してケーブル5aが、管路3bを通してケーブル
5bが布設されているものとする。管路3bにはケーブ
ル5bのほかに、光ファイバーを用いた温度センサ31
が通され、温度センサ31の一端は温度測定ユニット3
2に接続されている。ケーブル5aには、負荷電流を測
定するための電流センサ33が取り付けられ、負荷電流
測定ユニット34に接続されている。温度測定ユニット
32からの温度情報、負荷電流測定ユニット34からの
負荷電流情報は、信号伝送装置35と信号受信装置36
を通して温度解析装置37に送られ、導体温度の推定計
算が行なわれる。計算の結果は温度表示・記憶装置38
で表示および保存される。
る装置を示す。この装置は、地下に埋設された管路内の
電力ケーブルの導体温度を推定するための装置である。
地表面1の下に管路3aおよび3bが埋設され、管路3
aを通してケーブル5aが、管路3bを通してケーブル
5bが布設されているものとする。管路3bにはケーブ
ル5bのほかに、光ファイバーを用いた温度センサ31
が通され、温度センサ31の一端は温度測定ユニット3
2に接続されている。ケーブル5aには、負荷電流を測
定するための電流センサ33が取り付けられ、負荷電流
測定ユニット34に接続されている。温度測定ユニット
32からの温度情報、負荷電流測定ユニット34からの
負荷電流情報は、信号伝送装置35と信号受信装置36
を通して温度解析装置37に送られ、導体温度の推定計
算が行なわれる。計算の結果は温度表示・記憶装置38
で表示および保存される。
【0024】
【発明の効果】本発明の導体温度推定方法によると、ケ
ーブルが管路に布設された電力ケーブル線路において、
管路の周囲が複雑な形状を有する場合や、材質の異なる
部分から成る場合にも、導体温度を精度よく推定するこ
とができる。
ーブルが管路に布設された電力ケーブル線路において、
管路の周囲が複雑な形状を有する場合や、材質の異なる
部分から成る場合にも、導体温度を精度よく推定するこ
とができる。
【0025】また本発明の導体温度推定方法によると、
ケーブルが管路に布設された電力ケーブル線路におい
て、負荷電流が刻々変化する場合にも、導体温度を簡易
に、しかも精度よく推定することができる。
ケーブルが管路に布設された電力ケーブル線路におい
て、負荷電流が刻々変化する場合にも、導体温度を簡易
に、しかも精度よく推定することができる。
【図1】地中に埋設されたケーブル線路の断面図。
【図2】有限要素に分割されたケーブル線路の断面図。
【図3】管路の温度上昇を示すグラフ。
【図4】温度上昇特性を近似的に得るための等価回路を
示す説明図。
示す説明図。
【図5】管路とケーブルの導体との熱的関係を近似する
等価回路を示す説明図。
等価回路を示す説明図。
【図6】管路の温度上昇特性を示すグラフ。
【図7】ケーブルの発熱とケーブルの導体の温度変化を
示すグラフ。
示すグラフ。
【図8】本発明のケーブル導体温度推定方法に用いる装
置を示す説明図。
置を示す説明図。
1 地表面 2 土壌 3a 管路 3b 管路 4 ケーブル線路 5a ケーブル 5b ケーブル 6 導体 7 有限要素 10 熱抵抗 11 熱容量 25 熱抵抗 26 熱容量 31 温度センサ 32 温度測定ユニット 33 電流センサ 34 負荷電流測定ユニット 35 信号伝送装置 36 信号受信装置 37 温度解析装置 38 温度表示・記憶装置
Claims (7)
- 【請求項1】 第一の管路に挿入された第一の電
力ケーブルの発熱に基づいて温度上昇する第二の管路に
挿入された第二の電力ケーブルの導体の温度を推定する
ケーブル導体温度推定方法において、 第二の管路の温度上昇曲線を求めるステップと、 前記第二の管路の温度上昇曲線に基づいて前記第一の管
路と、それによって温度上昇させられる第二の管路の間
の、熱抵抗と熱容量を有する第一の熱定数を定めるステ
ップと、 前記第二の管路と、それによって温度上昇させられる前
記第二の電力ケーブルの導体の間の、熱抵抗と熱容量を
有する第二の熱定数を定めるステップと、 前記第一の電力ケーブルが所定の発熱量で発熱したと
き、前記第一及び第二の熱定数を用いて前記第二の電力
ケーブルの導体の温度を推定するステップを含むことを
特徴とする、ケーブル導体温度推定方法。 - 【請求項2】 前記第二の管路の温度上昇曲線を
求めるステップは、所定の温度解析断面を有限要素に分
割して、有限要素法を用いることにより所定の温度計算
を行なうステップを含む、請求項1のケーブル導体温度
推定方法。 - 【請求項3】 前記第二の管路の温度上昇曲線を
求めるステップは、前記第一の管路に階段状の温度上昇
曲線に基づく温度上昇を付与するステップを含む、請求
項2のケーブル導体温度推定方法。 - 【請求項4】 前記第一の熱定数を定めるステッ
プは、前記第一の熱定数の熱抵抗をR、熱容量をC、経
過時間をtとしたとき、前記第二の管路の温度上昇曲線
をRC一段回路である1−exp(−t/RC)によっ
て表わすステップを含む、請求項3のケーブル導体温度
推定方法。 - 【請求項5】前記第一の熱定数を定めるステップで、前
記第二の管路の温度上昇曲線をRC二段以上の多段回路
によって表わすステップを含む、請求項3のケーブル導
体温度推定方法。 - 【請求項6】前記第二の熱定数を定めるステップは、前
記第二の熱定数の熱抵抗をR2、熱容量をC2、経過時間
をtとしたとき、前記第二の電力ケーブルの導体の温度
上昇曲線をRC一段回路である1−exp(−t/R2
C2)によって表わすステップを含む請求項1のケーブ
ル導体温度推定方法。 - 【請求項7】前記第二の熱定数を定めるステップで、前
記第二の電力ケーブルの導体温度上昇曲線をRC二段以
上の多段回路によって表わすステップを含む、請求項1
のケーブル導体温度推定方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000318817A JP2002131142A (ja) | 2000-10-19 | 2000-10-19 | ケーブル導体温度推定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000318817A JP2002131142A (ja) | 2000-10-19 | 2000-10-19 | ケーブル導体温度推定方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002131142A true JP2002131142A (ja) | 2002-05-09 |
Family
ID=18797387
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000318817A Pending JP2002131142A (ja) | 2000-10-19 | 2000-10-19 | ケーブル導体温度推定方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2002131142A (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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JP2006038472A (ja) * | 2004-07-22 | 2006-02-09 | Saginomiya Seisakusho Inc | 温度調節器 |
JP2006250689A (ja) * | 2005-03-10 | 2006-09-21 | Tokyo Electric Power Co Inc:The | 洞道内空気の移動を考慮したケーブル導体温度推定方法、ケーブル導体温度推定システム、及びケーブル導体温度推定プログラム |
CN102818643A (zh) * | 2012-07-11 | 2012-12-12 | 广东电网公司电力科学研究院 | 一种高压输电线路导线动态增容用环境温度测量方法 |
CN103196588A (zh) * | 2013-03-29 | 2013-07-10 | 华南理工大学 | 一种获得并沟线夹内部温度的方法 |
CN103226046A (zh) * | 2012-01-30 | 2013-07-31 | 上海市电力公司 | 光纤中压复合电缆的载流热效应模拟监测方法 |
-
2000
- 2000-10-19 JP JP2000318817A patent/JP2002131142A/ja active Pending
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