天大自动化学院绝缘技术课件3

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第八章 电力电缆载流量计算(二)2019-10-29 1 电力电缆载流量计算2019-10-29 2 载流量计算原理2019-10-29 3 目标 ? 学习 ? 理解 - 电-热模拟- 怎样计算载流量 - 为什么绝缘层- 梯形网络是什么 和电缆其他层的- 标准的计算做了 处理方式不一样 什么假设 - 为什么稳态和 暂态计算的处理 方式完全不同 2019-10-29 4 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。2019-10-29 5 标准载流量技术 · 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, "The Calculation of Temperature Rise and Load Capability of Cable Systems". AIEE Transactions on Power Apparatus and Systems, Vol. 76, October 1957. -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 ? Calculation of the Continuous Current Rating of Cables (100% Load Factor)“. International Electrotechnical Commission Publication 60287, 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。2019-10-29 6 解析法举例 ? 有限元和有限差分 直接求解传导方程; ? 有限元程序演示。2019-10-29 7 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2019阻-10-2和9 电容具有相同形式。 8 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2019-10-29 9 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; - 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。2019-10-29 10 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。- 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。2019-10-29 11 由导体和绝缘热容组成的热路2019-10-29 12 Van Wormer 系数? 绝缘的热容用一个叫做Van Wormer系数的 因子与导体和金属套分开2019-10-29 13 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一2019-10-29 14 集中参数的热路2019-10-29 15 稳态载流量方程2019-10-29 16 计算下面电缆的稳态载流量2019-10-29 17 载流量计算公式2019-10-29 18 稳态持续载流量表2019-10-29 19 稳态载流量表 制造商表格2019-10-29 20 稳态载流量计算方程-干燥土壤2019-10-29 21 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2019-10-29 22 计算2019-10-29 23稳态载流量计算方程-对流边界 l 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。2019-10-29 24 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。2019-10-29 25 空气中电缆? 各个参数取值如 下 对于有遮挡的电缆 I=869 A 2019-10-29 26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 现大有值的。办法: 1. 使用文献中给出的公式。 2. 开发实现这些公式的商业程序。 2019-10-29 27 载流量计算方程中的参数2019-10-29 28 目标 ? 学习 ? 理解- 热阻和热容是如 -电缆各层的材料 何计算的? 和结构对载流量-如何计算损耗系 的影响。 数? - 外部热阻对电 缆载流量的影响。 2019-10-29 29
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