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申请/专利权人：华南理工大学

摘要：本发明公开了一种考虑轴向传热作用的局部穿管电缆轴向温度分布计算方法，包括以下步骤：S1、建立局部穿管电缆准三维热模型；S2、计算热模型中的热阻和热源值；S3、建立准三维热路方程，计算各微元的导体温度；S4、对于第jj≥1次迭代计算结果，找出导体温差最大的两个相邻微元，并基于准三维热路方程更新这两个微元的轴向热流和导体温度值；S5、以这两个微元作为计算起点，计算剩余微元的轴向热流和导体温度；S6、重复步骤S4、S5直至结果收敛。本发明基于热路法，通过迭代计算方法实现从表面温度计算得到导体温度，为采用局部穿管敷设方式的电缆载流量核算提供了重要的理论基础。

主权项：1.一种考虑轴向传热作用的局部穿管电缆轴向温度分布计算方法，其特征在于，所述局部穿管电缆轴向温度分布计算方法包括以下步骤：S1、建立包含穿管段和直埋段的局部穿管电缆准三维热模型；S2、计算局部穿管电缆准三维热模型中微元的热阻和产热值，过程如下：微元的产热ΔWgk，1≤k≤n，采用公式1进行计算：ΔWgk＝I2R0·1+α20·70·1+Ys+Yp·Δz1式中，I表示电缆负荷，单位：A；R0表示导体在20℃时的直流电阻值，单位：Ωm；α20表示电缆导体温度系数；θc表示导体工作温度，单位：℃；Yp表示集肤效应系数；Ys表示邻近效应系数，Δz为微元轴向长度，单位：m；直埋段电缆微元径向热阻ΔTr为电缆本体径向热阻ΔTi；穿管段电缆微元径向热阻ΔTy包括电缆本体径向热阻ΔTi、管道内空气径向热阻ΔTair以及管道壁径向热阻ΔTw三部分，采用公式2进行计算：ΔTy＝ΔTi+ΔTair+ΔTw2其中，电缆本体径向热阻ΔTi以及管道壁径向热阻ΔTw计算参照传热学中圆筒壁结构热阻ΔTyi计算公式3： 式中，i为圆筒壁层数，i≥1，π为圆周率，λi为各层材料导热系数，单位：Wm·K；ri-in和ri-out分别为各层圆筒壁结构的内径和外径，ΔZ为微元轴向长度，单位：m；对于管道内空气径向热阻ΔTair，根据IEC标准中的计算公式并乘以微元轴向长度ΔZ进行计算： 式中，U，V，Y为与管材材料、管径大小相关的常数，θm为管道内介质平均温度，单位：℃；De为电缆外直径，单位：m；ΔTx为微元间的轴向热阻，用公式5进行计算： 式中，λc为电缆导体导热系数，单位：Wm·K；rc为电缆导体半径，单位：m；Δz为微元轴向长度，单位：m；S3、建立考虑轴向传热影响的局部穿管电缆各微元准三维热路方程，代入微元表面温度，定义微元间轴向热流为零，计算不考虑轴向传热影响时微元的导体温度；过程如下：计算过程中需要采用j，j≥1次迭代；第1次迭代过程将产生θk1，ΔWgk1，ΔWxk1；其中θk1表示第1次迭代计算产生的局部穿管电缆准三维热模型中的微元导体温度；ΔWgk1表示第1次迭代计算产生的准三维热模型中微元的产热，ΔWxk1表示为第1次迭代计算产生的微元k流向微元k+1的轴向热流；当j＝1，利用公式1计算第1次迭代过程中第k个微元的产热ΔWgk1： 定义第1次迭代计算过程中微元轴向热流ΔWxk1＝0，采用式7计算第1次迭代过程中不考虑轴向传热影响时局部穿管电缆各微元的导体温度θk1： S4、对于第j,j≥1次迭代计算得到的微元导体温度结果，找出导体温度温差最大的两个相邻微元，计算上述导体温度温差最大的两个相邻微元间的轴向热流，并基于准三维热路方程更新上述导体温度温差最大的两个相邻微元的导体温度值；过程如下：第j次迭代过程将产生θkj、θk+1j、ΔWxk-1j、ΔWxkj、ΔWxk+1j，第j+1次迭代过程将产生θkj+1、θk+1j+1、ΔWgkj+1、ΔWgk+1j+1、ΔWxkj+1；其中θkj、θkj+1表示第j次、第j+1次迭代计算产生的局部穿管电缆准三维热模型中的微元k导体温度；其中θk+1j、θk+1j+1表示第j次、第j+1次迭代计算产生的局部穿管电缆准三维热模型中的微元序k+1导体温度；ΔWgkj+1表示第j+1次迭代计算产生的准三维热模型中微元k的产热，ΔWgk+1j+1表示第j+1次迭代计算产生的准三维热模型中微元k+1的产热；ΔWxk-1j表示为第j次迭代计算产生的微元k-1流向微元k的轴向热流，ΔWxkj、ΔWxkj+1表示为第j次、第j+1次迭代计算产生的微元k流向微元k+1的轴向热流，ΔWxk+1j表示为第j次迭代计算产生的微元k+1流向微元k+2的轴向热流；找出导体温度温差最大的两个相邻微元，假设第j次迭代计算后微元k和微元k+1的温差最大，对于第j+1次迭代计算中由微元k流向微元k+1的轴向热流ΔWxkj+1，采用公式8进行计算： 基于准三维热路方程和计算得出的ΔWxkj+1，修正微元k和微元k+1的导体温度，采用公式9进行计算： 其中，θ′k+1为局部穿管电缆准三维热模型中的微元k+1表面温度；S5、以上述导体温度温差最大的两个相邻微元作为计算起点，基于准三维热路方程沿轴向计算剩余微元的轴向热流和导体温度，同时基于更新后的导体温度重新计算微元热源值；S6、判断迭代结果是否满足收敛条件，若不满足，则重复步骤S4和S5直至结果收敛。

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