[发明专利]一种电力电缆磁-热耦合场的计算方法

权利要求书

1.一种电力电缆磁-热耦合场的计算方法，其特征在于包括：

S1)建立电力电缆电磁场和温度场物理模型；

S2)建立电力电缆物理仿真模型，明确计算参数和边界条件；

S3)对电力电缆测量得到相应计算参数；

S4)根据电磁场和温度场物理仿真模型以及相应的计算参数，对电力电缆的电磁场和温度场进行求解；

S5)如果计算结果收敛，则得到电力电缆的磁场和热场，实现磁-热耦合分析；如计算结果不收敛，则返回到步骤S4进行迭代分析，直至收敛。

2.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，步骤S1建立物理模型的方法包括：

当电力电缆在工频条件下正常运行时，在库伦规范下对电缆各层结构的磁矢量进行分析，得到电力电缆各区域矢量磁位方程：

电缆导体区域，

▿2A1=-μ0Js]]>

上式中，J_s是导体区域的电流密度，A₁表示导体层的矢量磁位，μ₀表示真空磁导率；

电缆绝缘层区域，

▿2A2=0]]>

上式中，A₂表示绝缘层矢量磁位；

电缆金属套区域，

▿2A3=-μ0Je]]>

上式中，J_e表示金属套涡电流密度，A₃表示绝缘层和金属套矢量磁位；

电缆外护套区域，

▿2A4=0]]>

上式中，A₄表示外护套矢量磁位；

土壤区域，

▿2A5=0]]>

上式中，A₅表示土壤区域的矢量磁位；

此外，电缆各层以及土壤的边界上面的连续方程为：

Ai=Ajμi-1▿Ai=μj-1▿Ajμi-1▿×Ai×n=μj-1▿×Aj×n]]>

上式中，i和j表示相邻区域的编号，i、j取值与之前的A₁～A₅的下标对应，n为单位法向矢量,μ_i、μ_j分别表示第i、j区域的磁导率；

金属屏蔽层内部的涡流损耗计算公式为：

Je=-jωγ3A3Pe=γ3-1∫Je2dVPe=γ3-1Σ((Je(i))22πriSi)=γ3-1Σ(ωγ3A3,i)22πriSi)]]>

式中，J_e表示金属套感应电流密度，A₃表示金属屏蔽层的矢量磁位，P_e为单位长度涡流损耗功率，γ₃为金属套材料的电导率，r_i表示各单元到轴心的距离，S_i表示各单元面积。

电缆的温度场是由等值热路法来进行分析的，热路和热流场相应于电路或电流场中的物理量，即根据传热学的理论，分别计算出电缆绝缘层、内衬层、外被层和周围媒质的热阻T₁～T₄，计算公式如下：

T1=ρT12πlnDiDc]]>

T2=ρT22πlnDaDs′]]>

T3=ρT32πlnDeDa′]]>

T4=ρT42πln4LDe]]>

式中，分别为绝缘层、内衬层、外被层和土壤的导热系数，D_i和D_c分别为绝缘层内径和外径，D_a和D'_s分别为内衬层内径和外径，D_e和D'_a分别为外被层内径和外径，L为电缆敷设深度；再用有限元方法计算电缆温度场。