天大自动化学院绝缘技术课件3

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1、第八章电力电缆载流量计算（二）7/24/20211电力电缆载流量计算7/24/20212载流量计算原理7/24/20213目标学习理解－电-热模拟－为什么绝缘层和电缆其他层的处理方式不一样－为什么稳态和暂态计算的处理方式完全不同－怎样计算载流量－梯形网络是什么－标准的计算做了什么假设7/24/20214如何计算电缆载流量电缆载流量是由它的各个组成部分的温度所控制的。下面的方程描述了温度随时间和空间的变化规则这个方程采用数值解法（比如有限元法）求解，或者在进行简化处理后采用解析法求解。7/24/20215标准载

2、流量技术·计算标准载流量的解析方法－Neher-McGrath载流量计算的过程可以追溯到1957年：J.H.Neher,M.H.McGrath,"TheCalculationofTemperatureRiseandLoadCapabilityofCableSystems".AIEETransactionsonPowerApparatusandSystems,Vol.76,October1957.－IEC-60287过程基于N-M法，然而将其纳入了IEC开发的多级标准中CalculationoftheConti

3、nuousCurrentRatingofCables(100%LoadFactor)“.InternationalElectrotechnicalCommissionPublication60287,1994(以及最新的增补文件).－两种方法的主要区别是:在N-M法中采用负荷系数或损耗系数计算日负荷波动，而IEC采用周期负荷系数。－对大部分负荷条件，两种计算方法给出的结果相近。·有限元或者有限差分法－对于实际敷设环境允许二维和三维计算；－可以解决非常规载流量计算问题。7/24/20216解析法举例有限元和有限

4、差分直接求解传导方程；有限元程序演示。7/24/20217电－热类比由导体和周围媒质间温度差引起的热流与由电位差引起的电流之间有着基本的类似性。在热路中，电荷对应于热量；因此，欧姆定律与傅立叶定律存在类比关系。热路分析中热阻和热容采用的公式和电路中的电阻和电容具有相同形式。7/24/20218等值热路的应用将“欧姆定律”类比延伸到模拟热流从电缆导体流向周围土壤。对于管道（conduit）中的单芯电缆可以表示为7/24/20219对热路的考虑交流损耗与介质损耗和热阻可用下面讨论的方法之一计算－这些计算不是太困难

5、；－一个主要的挑战是确定在方程中采用哪些参数。同一个电缆沟里的多条电缆互相加热被归纳到土壤的热阻部分。由其他平行或者交叉的电缆、外部热源如蒸汽主管道等产生的互相加热效应等，也应被考虑。载流量计算是对基于热传导链中最薄弱环节进行分析。－非常重要的是找到线路上工作温度最高的位置，并按此位置限定载流量的额定值。7/24/202110对热路的考虑如后面将会讨论到，热回路中的大地部分是非常重要的，因为计算得它的热阻超过导体和周围环境之间总热阻的一半。－热回路中变化最多的参数还有时间和水分含量，包括电缆发热引起的烘干效应

6、。－为了对沿线的当地土壤以及电缆沟和保护套中的特殊回填土的热阻进行评价，需要进行实地和实验室测量。在热学测量过程中，或者通过热电偶测量得到环境温度。7/24/202111由导体和绝缘热容组成的热路7/24/202112VanWormer系数绝缘的热容用一个叫做VanWormer系数的因子与导体和金属套分开7/24/202113短时暂态短时暂态通常历时10分钟至1小时。正式的表述是，这段时间小于电缆时间常数的千分之一7/24/202114集中参数的热路7/24/202115稳态载流量方程7/24/202116计

7、算下面电缆的稳态载流量7/24/202117载流量计算公式7/24/202118稳态持续载流量表7/24/202119稳态载流量表制造商表格7/24/202120稳态载流量计算方程－干燥土壤7/24/202121土壤干燥考虑和前面电缆相同（载流量655A），并且添加以下参数7/24/202122计算7/24/202123稳态载流量计算方程－对流边界在电缆敷设深度浅的情况下，CYMCAP可以描述对流边界。需要的参数是周围空气温度。7/24/202124稳态载流量计算方程－空气中电缆当电缆安装在自由空气中，使用

8、与上面讨论的相同梯形网络。不过，外部热阻计算主要是对辐射和对流热损耗。如果电缆曝露在阳光辐射下，电缆外层的热吸收会引起额外的温度上升。7/24/202125空气中电缆各个参数取值如下对于有遮挡的电缆I=869A7/24/202126同一沟槽中不同类型电缆的载流量任务：找出任何电缆系统中的最大电流负荷，或者载流量在任何一根电缆都不过热的情况下，找出它们的总体电流的最大值。现有的办法：使用文献中给出的公