电力电缆的温度场和载流量研究
本文关键词：电力电缆的温度场和载流量研究，由笔耕文化传播整理发布。
【摘要】：随着我国工业的发展,近几十年来,电能在生产和生活中扮演着越来越重要的角色,成为人类社会生产和生活不可缺少的一部分。作为电能输送的载体,电缆线路由于其独特的优势,广泛应用于发电输电变电和配电系统中,电缆的载流量日益成为人们关注和研究的重点。电缆线路过负荷运行时,给电缆的绝缘带来损害,长期处于过负荷运行状态,绝缘老化加速,最终造成供电故障,甚至诱发火灾。电缆线路轻载运行时,电缆的载流能力没有充分利用,造成线芯导体有色金属资源的浪费。因此,必须准确确定电缆线路的载流能力,使电缆载流能力与供电负荷的大小相匹配,从而提高电缆的使用寿命,保证线路供电的安全性可靠性经济性。不同的敷设方式下,电缆的载流量有较大差异,通过建立电力电缆的实际敷设模型,应用数值分析理论进行电缆载流量的计算,可准确确定电缆线路的最大载流能力。本文介绍了电力电缆的温度场和载流量的研究现状,电缆载流量的几种确定方法,并对电缆按不同标准进行了分类,分析了电缆本体的基本结构和作用。结合电缆工程中采用的几种敷设方式,对电缆的传热和载流能力进行了分析。基于数值分析理论,对电力电缆进行了电磁分析,利用ANSYS仿真软件,对直埋敷设电缆回路搭建了物理模型,分析了模型的温度场分布,得到了三相电缆线芯的温度值,进行了电缆载流量的仿真计算,分析了不同因素对载流量的影响趋势,总结出提高电缆载流量的相关措施。同时,对电缆线路的载流量进行了系统的理论计算,对ANSYS仿真结果和理论计算结果进行对比分析,验证了仿真结果的准确性,将载流量计算结果与电缆生产厂家样本的载流量给定值进行了比较,得出本文计算结果与电缆产品铭牌上载流量的裕度范围,根据工程经验,本文的载流量计算结果是可信的。最后,进行了电缆线路的金属护套感应电压计算分析,介绍了电缆常用的防火措施,为实际电缆工程提供参考。
【关键词】：电力电缆 载流量 有限元法 温度场 理论计算
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM247;TM75
【目录】：
- 摘要4-5
- Abstract5-10
- 1 绪论10-17
- 1.1 研究背景和意义10-11
- 1.2 国内外研究现状11-15
- 1.2.1 解析计算法11-12
- 1.2.2 数值计算法12-15
- 1.3 本文主要工作15-17
- 2 电缆的分类和敷设方式17-29
- 2.1 引言17
- 2.2 电缆的分类17-20
- 2.2.1 根据绝缘材料17-18
- 2.2.2 根据传输电能形式18
- 2.2.3 根据电压等级18-19
- 2.2.4 根据结构特征19
- 2.2.5 根据线芯导体截面积19
- 2.2.6 根据线芯导体芯数19
- 2.2.7 根据电缆敷设方式19-20
- 2.3 电力电缆的基本结构20-24
- 2.4 电缆的敷设方式24-28
- 2.4.1 架空敷设24-25
- 2.4.2 地下直埋敷设25
- 2.4.3 保护管敷设25-26
- 2.4.4 电缆沟内敷设26-27
- 2.4.5 隧道内敷设27-28
- 2.4.6 水下敷设28
- 2.5 本章小结28-29
- 3 电力电缆载流量的仿真计算29-55
- 3.1 ANSYS仿真软件简介29-30
- 3.2 电缆的电磁数值分析30-35
- 3.2.1 线芯导体的交流电阻30-31
- 3.2.2 线芯导体的损耗31
- 3.2.3 绝缘介质损耗31
- 3.2.4 电缆的金属护套损耗31-34
- 3.2.5 电磁场的边界条件34-35
- 3.3 温度场的传热学原理35-39
- 3.3.1 温度场35
- 3.3.2 传热的三种方式35-37
- 3.3.3 边界条件37-39
- 3.4 电缆的温度场模型及仿真分析39-48
- 3.4.1 电缆线路有限元模型的基本假设40-41
- 3.4.2 温度场物理模型41-42
- 3.4.3 温度场单元类型选择42-43
- 3.4.4 温度场参数的设置43
- 3.4.5 温度场边界条件的设置43-44
- 3.4.6 物理模型的网格剖分44-45
- 3.4.7 物理模型的热源45-46
- 3.4.8 仿真结果及分析46-48
- 3.5 影响电缆载流量的因素分析48-53
- 3.5.1 环境温度49
- 3.5.2 土壤热阻系数49-50
- 3.5.3 土壤温度50-51
- 3.5.4 埋设深度51-52
- 3.5.5 敷设间距52-53
- 3.6 提高电缆载流量的措施53
- 3.7 本章小结53-55
- 4 电力电缆载流量的理论计算55-68
- 4.1 引言55
- 4.2 电缆载流量的理论计算55-61
- 4.2.1 载流量的计算55-61
- 4.2.2 载流量的计算结果61
- 4.3 电缆载流量计算结果的对比分析61-63
- 4.3.1 载流量理论计算值与仿真值61-63
- 4.3.2 对比分析结论63
- 4.4 电缆线路金属护套感应电压的分析计算63-65
- 4.4.1 金属护套正常感应电压分析64
- 4.4.2 单芯电缆正常感应电压计算64-65
- 4.5 电缆防火措施的分析65-67
- 4.5.1 电缆防火策略65
- 4.5.2 电缆防火设置要求65-66
- 4.5.3 电缆防火工艺要求66-67
- 4.6 本章小结67-68
- 5 结论与展望68-70
- 5.1 结论68-69
- 5.2 后续工作69-70
- 参考文献70-73
- 个人简历、在学期间发表学术论文73-74
- 致谢74
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