光纤复合矿用电缆的设计及实现

发布时间：2017-09-19 23:18

  本文关键词：光纤复合矿用电缆的设计及实现

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【摘要】：温度监测是保障矿用电缆安全运行的重要手段。分布式光纤对温度具有很高的敏感性,并且具备抗电磁干扰、防火防爆等突出优点,因此本文提出“光纤复合矿用电缆的设计及实现”这一课题。通过复合电缆的设计研发,有助于解决矿用电缆监测困难的问题。本文以10kV高压矿用电缆为研究对象,进行光纤测温理论与电缆温度传导机理分析,开展新型光纤复合矿用电缆的结构设计与仿真、制造及工艺、型式试验等方面的研究,最终研制出新型光纤复合矿用电缆,并验证其工程应用的可行性。本文主要取得的研究成果为：(1)深入研究光纤测温原理与电缆热传导理论,明晰光纤感温技术与温度解调方式,掌握电缆的热传导机制；在研究四种典型光纤复合电缆结构优缺点的基础上,设计出适合于矿用电缆的光单元偏置式复合结构。(2)应用ANSYS软件进行电场与温度场的仿真分析,分别获得光纤复合前后的电场影响规律以及温度场分布规律,得到光纤纤芯与电缆导体线芯温度传导梯度的关系式Y=0.95419X+0.91629,并指出光纤材料导热系数与光纤温度敏感性呈负的e指数关系。(3)开展光纤复合矿用电缆的制造及工艺研究,包括确定光单元的铠装加强结构与材料参数以及纵向敷设加绝缘固定的复合方式,设计光纤复合矿用电缆的加工工艺,着重分析了连硫工艺和成缆工艺等关键工艺,并提出电缆接头预留处理工艺以及光电分离技术设计思想,最终实现复合电缆的样本制作。(4)开展光纤复合矿用电缆样本的电气性能与光纤衰减性能的试验验证,电缆4小时工频耐压满足34.8kV,绝缘电阻为1402MΩ·km,850nm光纤衰减为2.43dB/km,1300nm光纤衰减为0.57dB/km,均符合电缆的性能标准,同时电缆满足光纤测温的性能要求,为光纤复合矿用电缆的工程应用奠定了基础。
【关键词】：复合电缆 光纤测温 设计与仿真 制造工艺 型式试验
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD605
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-16
• 1.1 矿用电缆与检测技术9-10
• 1.2 国内外研究情况10-14
• 1.2.1 光纤测温技术10-12
• 1.2.2 光纤复合电缆12-14
• 1.3 光纤复合矿用电缆的探索14
• 1.4 本文研究内容14-16
• 2 光纤测温定位机理与电缆热传导理论16-27
• 2.1 光纤的测温定位机理16-20
• 2.1.1 光纤的散射16-17
• 2.1.2 拉曼散射测温的原理17-18
• 2.1.3 温度解调的计算方法18-19
• 2.1.4 光时域反射定位原理19-20
• 2.2 电缆热传导理论分析20-26
• 2.2.1 矿用电缆的结构与运行环境20-21
• 2.2.2 传热学原理21-22
• 2.2.3 电缆线芯发热计算22-23
• 2.2.4 介质损耗计算23-24
• 2.2.5 矿用电缆等值热路模型24-26
• 2.3 本章小结26-27
• 3 光纤复合矿用电缆结构设计与仿真分析27-47
• 3.1 复合电缆结构设计27-31
• 3.1.1 常见光纤复合电缆结构性能分析27-30
• 3.1.2 光纤复合矿用电缆的结构设计30-31
• 3.2 复合电缆的电场有限元分析31-36
• 3.2.1 物理模型的建立31-33
• 3.2.2 复合电缆电场分析33-36
• 3.3 复合电缆温度场仿真分析36-45
• 3.3.1 复合电缆稳态温度场分析36-40
• 3.3.2 电缆暂态温度场仿真分析40-45
• 3.4 本章小结45-47
• 4 光纤复合矿用电缆制造技术研究47-55
• 4.1 矿用电缆材料选择47-49
• 4.2 光单元的结构设计和植入方式49-50
• 4.3 复合电缆加工工艺50-52
• 4.4 复合电缆端头处理工艺52-54
• 4.5 本章小结54-55
• 5 样品性能测试55-66
• 5.1 试验平台的搭建55-56
• 5.2 电缆型式试验56-65
• 5.3 本章小结65-66
• 结论66-67
• 参考文献67-70
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况70-71
• 致谢71-72

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本文编号：884509