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《重庆大学》 2009年
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基于有限元法的地下电缆温度场和载流量的计算及仿真

张洪麟  
【摘要】: 电力电缆是电能传输的重要设备,由于电力电缆额定载流量是基于保守参数选择,不能充分利用电力电缆的传输能力。因此需要根据运行条件确定电缆实际载流量,以提高电缆的传输能力。影响电缆运行载流量的可变因素很多,仅按IEC-60287标准确定电缆载流量往往有较大的误差,无法满足实际需要。本文采用有限元法建立了地下单芯电缆的温度场模型,有效模拟了地下电缆的散热特性以及影响载流量的各种因素,并通过实验和仿真验证了此方法的正确性和有效性。此方法对地下电缆的安全、经济运行具有实际意义。 首先,选择有限元法建立单芯电缆温度场的数学模型。结合传热学知识对单芯电缆温度场进行分析,构造出热传导方程和边界条件,采用专业有限元软件建立了单芯电缆的温度场模型。计算区域采用三角形单元剖分法,对电缆温度场分布及载流量的确定采用对分法进行迭代求解。针对环境温度和电缆外部热阻存在较大随机性的实际情况,提出了一种计算单芯电缆实时载流量的方法,利用热路法与有限元法相结合,用表面温度、环境温度及负荷来间接计算单芯电缆外部热阻,解决了传统计算中对外部热阻难以确定的问题。 其次,搭建了单芯电缆温度场和载流量的实验平台,对表面温度监测的温度传感器的敷设方式进行了设计和改进,以提高测量精度。在实验室条件下,将单芯电缆敷设在空气中,进行温升实验。通过实验,验证了所建立的温度场有限元模型的正确性和有效性;通过对比单芯电缆载流量实时计算方法与有限元模型得到的载流量的数据,证明了实时计算方法的优越性。 最后,建立了地下直埋电缆群温度场模型,通过仿真,分析了土壤热阻系数、空气温度、土壤温度、电缆埋设深度、电缆埋设相邻轴间距、外部热源和高热导率回填土与载流量的之间的影响规律,给出了对电缆敷设有益及提高电缆载流量的建议。
【学位授予单位】:重庆大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TM247

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【参考文献】
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