[发明专利]一种评估电缆周期性负荷载流能力的仿真试验计算方法

权利要求书

1.一种评估电缆周期性负荷载流能力的仿真试验计算方法，其特征在于，包括：

步骤1)，选择电缆周期性负荷仿真模拟有限元软件，确定试验电缆的类型、型号和数量，获取电缆的结构及尺寸参数，得到电缆的二维几何模型，结合电缆实际敷设环境，建立电缆在实际敷设环境中的二维几何模型，即仿真试验模型；

步骤2)，参照IEC 60853-2周期性负荷载流量计算标准，建立电缆负荷仿真周期；

步骤3)，根据电缆的结构，获取电缆材料的物性参数；

步骤4)，根据电缆的实际敷设环境，确定试验的环境参数；

步骤5)，在电缆周期性负荷载流能力的仿真试验中，在电缆导体和电缆表面设置温度探针，进行载流试验；

步骤6)，获取载流试验过程中电缆导体温度、电缆表面温度和电流大小随时间变化的数据，利用仿真试验模型中设置的温度探针得到载流过程中导体温度和电缆表面温度随时间的变化规律，得到电流随时间的变化规律。

2.根据权利要求1所述的一种评估电缆周期性负荷载流能力的仿真试验计算方法，其特征在于，步骤1)中，所述的电缆周期性负荷仿真模拟有限元软件为Comsol Multiphysics有限元分析软件。

3.根据权利要求1所述的一种评估电缆周期性负荷载流能力的仿真试验计算方法，其特征在于，步骤2)中，电缆负荷仿真周期的建立是通过在电缆周期性负荷仿真模拟有限元软件里设置分段函数或周期函数实现。

4.根据权利要求1所述的一种评估电缆周期性负荷载流能力的仿真试验计算方法，其特征在于，步骤3)中，电缆材料的物性参数包括导体的材料属性、半导电层材料属性、绝缘层材料属性、阻水缓冲层材料属性、金属套材料属性和外护套材料属性。

5.根据权利要求4所述的一种评估电缆周期性负荷载流能力的仿真试验计算方法，其特征在于，步骤3)中，所述的材料属性包括材料的导热系数、恒压热容、电导率、材料密度、相对介电常数以及相对磁导率六个参数，并且可被修改。

6.根据权利要求1所述的一种评估电缆周期性负荷载流能力的仿真试验计算方法，其特征在于，步骤1)中，电缆的结构参数包括电缆结构的尺寸参数，并且其结构参数和材料属性参数可被修改。

7.根据权利要求1所述的一种评估电缆周期性负荷载流能力的仿真试验计算方法，其特征在于，基于电磁-热-流多物理场耦合模型，将电磁感应定律和传热学定理应用到仿真试验计算方法中。

8.根据权利要求7所述的一种评估电缆周期性负荷载流能力的仿真试验计算方法，其特征在于，步骤5)中，载流试验时，根据麦克斯韦方程组，引入矢量磁位A，对于有外加激励源存在的电流区，其磁矢量位的控制方程为：

对于非电流区域其磁矢量位的控制方程为：

其中，为矢量微分算子，μ为材料磁导率，H/m；A为矢量磁位；σ为材料电导率，S/m；J_s为外加电流密度，A/m²；ω为角频率，rad/s；J为总电流密度，A/m²；Q_v为单位体积电磁损耗，J/m³；

根据传热学理论，热传导微分方程为：

其中，λ为介质导热系数，W/(m·K)；T_s为固体介质温度，K；Q为介质单位体积发热率，J/m³。

9.根据权利要求1所述的一种评估电缆周期性负荷载流能力的仿真试验计算方法，其特征在于，步骤4)中，试验的环境参数包括电缆的排列方法、初始环境温度、对流换热系数和导热系数。

10.根据权利要求9所述的一种评估电缆周期性负荷载流能力的仿真试验计算方法，其特征在于，电缆的排列方法包括同一平面平行紧贴敷设、平行等间距敷设以及三角形紧贴敷设。