[发明专利]一种利用电缆负荷电流推算电缆热老化状态的方法

权利要求书

1.一种利用电缆负荷电流推算电缆热老化状态的方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一、根据人工设定的电缆敷设类型，读取相应电缆敷设类型对应的环境参数，所述环境参数包括对流换热系数а、土壤底层温度T_soil、土壤热阻率ρ、大气实时温度T_amb；

步骤二、读取电缆各层几何结构参数，读取电缆上述各层相应的热容、热阻以及金属部分的电阻参数，其中环境参数、热容、热阻和电阻参数作为计算参数；

步骤三、根据所述计算参数和电缆群中电缆的几何结构参数，建立电缆群中各电缆的负荷电流与温度之间关系的有限元计算模型，使用实时迭代的方式计算电缆实时温度T(x,y,t)；

步骤四、当得到电缆各区域实时温度T(x,y,t)后，通过读取线芯温度T_core推算目前当前温度下电缆寿命损失系数；

所述几何结构参数包括导体直径D、导体屏蔽厚度δ₁、绝缘厚度t₁、绝缘屏蔽厚度t_i2、金属屏蔽厚度t_s、内护层厚度t₂、铠装厚度δ、外护层厚度t₃；

所述步骤三具体为：

读取电缆各层热容、热阻，通过电阻参数得到热阻系数的倒数-导热系数D，利用热容存储能力求解热扩散率K，建立电阻参数R和发热量Wc之间关系，电阻参数R和发热量Wc之间的关系如式(1)所示：

Wc＝I²R(1)

其中I为电缆负荷电流；

电阻参数R在温度不同时其电阻值变化如式(2)(3)所示：

R＝R'(1+Y_S+Y_P)(2)

R'＝R₀(1+a₂₀(θ-20)) (3)

式中：

R′——电缆线芯在最高工作温度下单位长度的直流电阻，单位Ω；

Y_S、Y_P——集肤效应和邻近效应的系数，若无特别说明则为0；

R₀——电缆线芯在20℃时单位长度的直流电阻，单位Ω；

α₂₀——线芯材料以20℃为基准的电阻温度系数；

θ——电缆导体的最高工作温度，单位℃；

根据所得的发热量Wc得到电缆线芯域面内的内热源发热率q_v＝Wc/S₀，其中S₀为电缆线芯所在区域面积；

根据各层结构的几何结构参数建立电缆求解区域S，其所在电缆求解区域S上的一点x,y可得传热公式，如式(4)所示：

∂2T∂x2+∂2T∂y2+qvD=K∂T∂t---(4)]]>

其中T代表电缆线芯的温度,D为各区域导热系数，K为各区域热扩散率，q_v为内热源发热率；

根据前述得到的环境参数作为式(4)求解区域S的边界条件，以此作为基础对其进行变分，得到泛函I如式(5)所示：

其中，L为区域S的边界；

将泛函I在区域S中分割为有限个单元，并将其离散化，得到式(6)：

I(T)=Σe=1NEIe=T‾TK‾T‾-2T‾TP‾---(6)]]>

其中，为刚度矩阵，为热源密度矩阵，NE为单元个数，最终求解泛函I的极值即可求得电缆各区域实时温度T(x,y,t)；

所述步骤四具体为：

对于阻燃型粘性浸渍纸、不滴流纸、交联聚乙烯，其相对热老化率如式(7)、(8)、(9)所示：

Voil-paper-Loss=2Tcore-606---(7)]]>

Vpaper-Loss=2Tcore-656---(8)]]>

VXLPE-Loss=2Tcore-906---(9)]]>

根据相对热老化率，利用下式计算得到N个时间区间或段(t₁-t₂)内绝缘材料的老化寿命损失L为：

或

2.如权利要求1所述的利用电缆负荷电流推算电缆热老化状态的方法，其特征在于还包括步骤五、以寿命损失时长的方式进行展示并设定报警阈值。