高压单芯电缆皱纹铝护套处导热热阻的计算方法
【专利摘要】本发明公开了一种高压单芯电缆皱纹铝护套处导热热阻的计算方法，该方法包括以下步骤：建立高压单芯电缆皱纹铝护套处的热网络模型；计算绕包带接触面的接触热阻R2和外护套接触面的接触热阻R4；计算空气导热热阻R1和填充沥青导热热阻R3；计算皱纹铝护套处总的导热热阻R0。该方法充分考虑到铝护套处的导热特性，提出的高压单芯电缆皱纹铝护套处的热网络模型简单可行，为高压单芯电缆的导热分析提供了参考；采用本方法计算高压单芯电缆皱纹铝护套处的导热热阻，避免了IEC标准和热路模型简化计算误差大的特点，有助于高压单芯电缆载流量的准确计算，进而为高压单芯电缆安全经济运行提供保障。
【专利说明】
高压单芯电缆皱纹铝护套处导热热阻的计算方法
技术领域
[0001] 本发明涉及高压单芯电缆导热热阻的技术领域，特别涉及一种高压单芯电缆皱纹 铝护套处导热热阻的计算方法。
【背景技术】
[0002] 高压单芯皱纹铝护套电缆广泛应用于城市电能输送，其安全经济运行对城市建设 有重要意义。载流量是衡量电缆输送容量的重要参数，准确计算载流量不仅能保证电缆运 行的安全性，也能充分挖掘电缆的电能输送能力，保证经济运行。
[0003] 高压电缆载流量的计算主要依据傅里叶导热定律，通过绝缘最高运行温度、环境 温度、电缆各层热阻及环境热阻确定导体损耗，再由导体损耗与运行电流的关系得到载流 量。对于结构规则的高压电缆，各层结构热阻易于计算，而皱纹铝护套电缆由于铝护套结构 不规则，该层热阻不易确定。目前，皱纹铝护套电缆载流量主要采用IEC60287标准和热路法 进行计算。IEC60287标准不单独考虑皱纹铝护套的导热热阻，而是将它折算到绝缘层热阻。 而热路法直接将铝护套处等效为气隙层，再计算热阻。两种方法计算误差较大，且随着电缆 截面积的增大，误差增大，不利于皱纹铝护套电缆载流量的准确计算。因此，需要充分考虑 高压单芯电缆皱纹铝护套处的导热特性，找到准确计算高压单芯电缆皱纹铝护套处导热热 阻的方法，保证电缆的安全经济运行。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种高压单芯电缆皱纹铝护 套处导热热阻的计算方法。
[0005] 本发明的目的通过下述技术方案实现：
[0006] -种高压单芯电缆皱纹铝护套处导热热阻的计算方法，包括以下步骤：
[0007] 建立高压单芯电缆皱纹铝护套处的热网络模型；
[0008] 计算绕包带接触面的接触热阻r2和外护套接触面的接触热阻R4;
[0009] 计算空气导热热阻Ri和填充沥青导热热阻R3;
[0010] 计算皱纹铝护套处总的导热热阻R〇。
[0011] 进一步地，所述建立高压单芯电缆皱纹铝护套处的热网络模型具体为：
[0012] 将高压单芯电缆的绕包带和外护套之间的皱纹铝护套部分等效为并联热网络模 型:铝护套下部由凸起内的所述空气导热热阻Ri和所述绕包带接触面的接触热阻R 2并联;铝 护套上部由所述填充沥青热阻R3和所述外护套接触面的接触热阻R4并联。
[0013] 进一步地，所述建立高压单芯电缆皱纹铝护套处的热网络模型之前还包括如下假 设：
[0014] 1)热流只沿径向传递，为一维导热；
[0015] 2)电缆外护套，绕包带和铝护套均为等温面。
[0016]进一步地，所述绕包带接触面的接触热阻R2采用公式（1)计算得到，
⑴
[0018] 式中，A2表示绕包带表面粗糙度，tan02表示绕包带表面形状平均斜度，？ 2表示绕包 带接触面压力，H2表示绕包带的硬度，n为实验系数，取n为0.94。
[0019] 进一步地，所述外护套接触面的接触热阻R4采用公式(2)计算得到，
(2)
[0021] 式中，A4表示绕包带表面粗糙度，tan04表示绕包带表面形状平均斜度，F4表示绕包 带接触面压力，H4表示绕包带的硬度，n为实验系数，取n为0.94。
[0022]进一步地，所述空气导热热阻办采用公式(3)计算得到，
(3)
[0024]式中，Pi表示空气导热系数，以表示铝护套下部凸起内的空气厚度，cU表示铝护套 下部凸起内的空气外径。
[0025] 进一步地，所述填充沥青热阻R3采用公式(4)计算得到，
⑷
[0027]式中，P3表示填充沥青导热系数，t3表示铝护套上部填充沥青厚度，d3表示铝护套 上部填充沥青外径。
[0028]所述皱纹铝护套处总的导热热阻Ro采用公式(5)计算得到，
(5)。
[0030] 本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
[0031] 1、充分考虑到铝护套处的导热特性，提出的高压单芯电缆皱纹铝护套处的热网络 模型简单可行，为高压单芯电缆的导热分析提供了参考；
[0032] 2、采用本方法计算高压单芯电缆皱纹铝护套处的导热热阻，避免了 IEC标准和热 路模型简化计算误差大的特点，有助于高压单芯电缆载流量的准确计算，进而为高压单芯 电缆安全经济运行提供保障。
【附图说明】
[0033] 图1为皱纹铝护套电缆轴切面示意图；
[0034] 图2为高压单芯电缆皱纹铝护套处的热网络模型；
[0035] 图3为本发明公开的一种高压单芯电缆皱纹铝护套处导热热阻的计算方法的流程 步骤图。
【具体实施方式】
[0036] 为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对 本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用 于限定本发明。
[0037] 实施例
[0038] 考虑轴切面如图1所示的高压单芯皱纹铝护套电缆。皱纹铝护套凹陷处与绕包带 接触，凸起处与外护套接触。假设：
[0039] 1)电缆内部热流只沿径向传递，为一维导热；
[0040] 2)电缆外护套，绕包带和铝护套均为等温面。
[0041]则电缆绕包带和外护套之间的皱纹铝护套部分等效为并联热网络模型:铝护套下 部由凸起内的空气导热热阻R:和绕包带接触热阻R2并联;铝护套上部由填充沥青导热热阻 R3和外护套接触热阻R4并联。高压单芯电缆皱纹铝护套处的热网络模型如图2所示。
[0042] 具体的一种高压单芯电缆皱纹铝护套处导热热阻的计算方法的流程步骤图如附 图3所示，包括以下步骤：
[0043] 步骤S1、建立高压单芯电缆皱纹铝护套处的热网络模型；
[0044]步骤S2、计算绕包带接触面的接触热阻R2和外护套接触面的接触热阻R4;
[0045]步骤S3、计算空气导热热阻和填充沥青导热热阻R3;
[0046]步骤S4、计算皱纹铝护套处总的导热热阻Ro。
[0047]进一步优选的实施方式中，所述皱纹铝护套处热网络模型中的绕包带接触热阻R2 采用公式(1)计算得到，
(1)
[0049] 式中，R2表示绕包带接触热阻;A2表示绕包带表面粗糙度;tan02表示绕包带表面形 状平均斜度;F 2表示绕包带接触面压力;H2表示绕包带的硬度;n为实验系数，取n为0.94。
[0050] 外护套接触热阻R4采用公式(4)计算得到，
(2)
[0052] 式中，R4表示绕包带接触热阻;A4表示绕包带表面粗糙度;tan04表示绕包带表面形 状平均斜度;F4表示绕包带接触面压力;H4表示绕包带的硬度;n为实验系数，取n为0.94。 [0053]进一步优选的实施方式中，所述步骤S3中计算空气导热热阻和填充沥青导热热 阻，
[0054]其中，铝护套下部凸起内的空气导热热阻用公式(3)计算得到，
(3；
[0056] 式中，心表示空气导热热阻;Pl表示空气导热系数；t表示铝护套下部凸起内的空 气厚度;cU表示铝护套下部凸起内的空气外径。
[0057] 铝护套上部填充沥青导热热阻采用公式(4)计算得到，
(4)
[0059] 式中，R3表示填充沥青导热热阻;P3表示填充沥青导热系数;t3表示错护套上部填 充沥青厚度;d3表示铝护套上部填充沥青外径。
[0060] 进一步优选的实施方式中，简化并联热阻网络模型，所述步骤S4中计算皱纹铝护 套处总的导热热阻，基于步骤S1所述热网络模型，皱纹铝护套处总的导热热阻采用公式(5) (5) 计算得到，
[0062]式中，Ro表示皱纹错护套处总的导热热阻;Ri表示错护套下部凸起内的空气导热热 阻;R2表示绕包带接触热阻;R3表示错护套上部填充沥青导热热阻;R4表示外护套接触热阻。
[0063] 综上所述，本发明公开的高压单芯电缆皱纹铝护套处导热热阻的计算方法充分考 虑到铝护套处的导热特性，提出的高压单芯电缆皱纹铝护套处的热网络模型简单可行，为 高压单芯电缆的导热分析提供了参考；同时，采用本方法计算高压单芯电缆皱纹铝护套处 的导热热阻，避免了IEC标准和热路模型简化计算误差大的特点，有助于高压单芯电缆载流 量的准确计算，进而为高压单芯电缆安全经济运行提供保障。
[0064] 上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的 限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化， 均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种高压单芯电缆皱纹铝护套处导热热阻的计算方法，其特征在于，包括以下步骤： 建立高压单芯电缆皱纹铝护套处的热网络模型； 计算绕包带接触面的接触热阻R2和外护套接触面的接触热阻R4; 计算空气导热热阻R!和填充沥青导热热阻R3; 计算皱纹铝护套处总的导热热阻R〇。2. 根据权利要求1所述的高压单芯电缆皱纹铝护套处导热热阻的计算方法，其特征在 于，所述建立高压单芯电缆皱纹铝护套处的热网络模型具体为： 将高压单芯电缆的绕包带和外护套之间的皱纹铝护套部分等效为并联热网络模型:铝 护套下部由凸起内的所述空气导热热阻R:和所述绕包带接触面的接触热阻R2并联;铝护套 上部由所述填充沥青热阻R 3和所述外护套接触面的接触热阻R4并联。3. 根据权利要求1所述的高压单芯电缆皱纹铝护套处导热热阻的计算方法，其特征在 于，所述建立高压单芯电缆皱纹铝护套处的热网络模型之前还包括如下假设： 1) 热流只沿径向传递，为一维导热； 2) 电缆外护套，绕包带和铝护套均为等温面。4. 根据权利要求1所述的高压单芯电缆皱纹铝护套处导热热阻的计算方法，其特征在 于， 所述绕包带接触面的接触热阻R2采用公式（1)计算得到，式中，λ2表示绕包带表面粗糙度，tan02表示绕包带表面形状平均斜度，F2表示绕包带接 触面压力，H2表示绕包带的硬度，η为实验系数，取η为0.94。5. 根据权利要求1所述的高压单芯电缆皱纹铝护套处导热热阻的计算方法，其特征在 于， 所述外护套接触面的接触热阻R4采用公式(2)计算得到，式中，λ4表示绕包带表面粗糙度，tan04表示绕包带表面形状平均斜度，F4表示绕包带接 触面压力，H4表示绕包带的硬度，η为实验系数，取η为0.94。6. 根据权利要求1所述的高压单芯电缆皱纹铝护套处导热热阻的计算方法，其特征在 于， 所述空气导热热阻办采用公式(3)计算得到，式中，Pi表示空气导热系数，^表示铝护套下部凸起内的空气厚度，cU表示铝护套下部 凸起内的空气外径。7. 根据权利要求1所述的高压单芯电缆皱纹铝护套处导热热阻的计算方法，其特征在 于， 所述填充沥青热阻R3采用公式(4)计算得到，式中，P3表示填充沥青导热系数，t3表示错护套上部填充沥青厚度，d3表示错护套上部 填充沥青外径。8.根据权利要求1所述的高压单芯电缆皱纹铝护套处导热热阻的计算方法，其特征在 于， 所述皱纹铝护套处总的导热热阻Ro采用公式(5)计算得到，
【文档编号】G01N25/18GK105928969SQ201610362798
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年5月26日
【发明人】刘刚, 王振华, 周天恺
【申请人】华南理工大学