[发明专利]一种基于土壤热阻率变化的电缆额定载流量的计算方法

权利要求书

1.一种基于土壤热阻率变化的电缆额定载流量的计算方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1：建立直埋电缆的二维有限元仿真模型，包括设置电缆敷设环境，其中电缆敷设环境包括土壤热阻率；

S2：在所述二维有限元仿真模型上施加电流，设定边界条件；

S3：采用S2中设定边界条件的有限元仿真模型仿真求解电缆附近土壤温度；

S4：判断土壤热阻率是否符合步骤S3所求解的电缆附近土壤温度下的值，若是，则执行步骤S5，若不是，按照土壤温度与土壤热阻率的关系修正土壤热阻率，返回执行步骤S3；

S5：求解电缆导体温度，判断求解的电缆导体温度是否达到所允许的最高运行温度，若是，计算得到的载流量即为电缆的额定载流量，若不是，更改施加于所述二维有限元仿真模型上的电流值，返回执行步骤S3。

2.根据权利要求1所述的一种基于土壤热阻率变化的电缆额定载流量的计算方法，其特征在于，所述的步骤S1的具体步骤如下：建立直埋电缆的几何模型；设置计算区域内所需的仿真参数；设置多物理场耦合；设置电缆敷设环境。

3.根据权利要求1所述的一种基于土壤热阻率变化的电缆额定载流量的计算方法，其特征在于，所述的步骤S2中，所述的边界条件包括温度场边界条件和电磁场边界条件。

4.根据权利要求1所述的一种基于土壤热阻率变化的电缆额定载流量的计算方法，其特征在于，由于土壤热阻率受到土壤水分含量影响，电缆发热影响周围土壤温度进而导致土壤中的水分迁移，所述的步骤S4中，要求对于土壤的含水量进行大致估算，并在此基础上，获得土壤热阻率与土壤温度之间的关系。

5.根据权利要求2所述的一种基于土壤热阻率变化的电缆额定载流量的计算方法，其特征在于，所述的直埋电缆几何模型包括线芯导体、绝缘层、金属护套以及外护套。

6.根据权利要求2所述的一种基于土壤热阻率变化的电缆额定载流量的计算方法，其特征在于，所述的多物理场为电磁场和温度场，所述的多物理场耦合为设置电导率为随温度变化的量，设置电缆线芯导体的功率损耗为温度场的热源，电导率公式如下：

式中，σ为电导率，ρ₀为参考电阻率，T_ref为参考温度，α为导体材料的电阻率温度系数。

7.根据权利要求2所述的一种基于土壤热阻率变化的电缆额定载流量的计算方法，其特征在于，所述的电缆敷设环境还包括电缆间距、电缆敷设深度、地表对流系数。

8.根据权利要求3所述的一种基于土壤热阻率变化的电缆额定载流量的计算方法，其特征在于，所述的温度场边界条件包括土壤底端为第一类边界条件，土壤顶端为第三类边界条件，土壤左右边界为第二类边界条件。

9.根据权利要求3所述的一种基于土壤热阻率变化的电缆额定载流量的计算方法，其特征在于，所述的电磁场边界条件为电缆导体载流量的设置以及金属护套的电磁感应。

10.根据权利要求4所述的一种基于土壤热阻率变化的电缆额定载流量的计算方法，其特征在于，所述的土壤的含水量设定如下：土壤干燥程度分为干燥、适中和湿润，其中干燥的含水量为6％，适中的含水量为6％～30％，湿润的含水量为30％。

11.根据权利要求10所述的一种基于土壤热阻率变化的电缆额定载流量的计算方法，其特征在于，所述的土壤热阻率在土壤含水量较低时，随着含水量增加而迅速下降，干燥土壤的热阻率高达2(m·K)/W；当土壤含水量大于30％时，土壤热阻率的变化较小，基本保持在0.4(m·K)/W左右。