排管敷设电缆群温度场和载流量数值计算

为充分利用电力电缆线路的传输容量,提高电缆的利用率,准确计算电缆线路的温度场分布,建立了地下排管敷设电缆群的热传导、热对流、热辐射微分方程,给出了2维共轭温度场的求解域和边界条件,利用涡量-流函数和伽略金法给出了自然对流的变分方程,利用迭代和耦合算法对方程进行了有限元分析和计算。给出了给定电缆负荷的温度场分布图,迭代计算了单回路和多回路交联聚乙烯电缆系统的载流量。排管内带绝缘发热管的试验和计算的对比,验证了计算模型的有效性。

三维有限元法在局部穿管直埋电缆温度场和载流量计算中的应用

保护管改变了局部穿管直埋电缆的温度场分布,且保护管部分往往是全线最热点,影响了电缆的载流量。保护管内壁和电缆外壁间包含了1个空气层,空气层内的传热是自然对流、热传导和电缆外表面和保护管内壁间热辐射的多种传热方式的耦合过程,且保护管外和电缆本体又属于固体传热,因此,局部穿管线路的散热是1个流固耦合的过程。为此,电缆本体和保护管外土壤可用热传导方程描述,保护管内空气层的传热需要求解流体的动量方程、能量方程和连续性方程,流体和固体间可以通过边界条件连续性利用迭代法求解。采用三维有限元和涡量-流函数耦合求解了上述流固耦合散热过程,从而求得局部穿管直埋电缆的温度场分布,找出其中的最热点,并利用迭代的方法计算出电缆的载流量。计算实例表明,局部穿管电缆的载流量比全程直埋电缆的载流量要低。

沟槽电缆温度场和载流量的数值计算

沟槽敷设方式下电缆附近的温度场同时受到周围空气、周围土壤和地表空气的影响,对其温度场的分析有助于准确确定沟槽电缆的载流量。该温度场中的热传递过程是流固耦合的,固体区域用热传导微分方程描述,沟槽内空气采用动量方程、能量方程和连续性方程与热辐射方程描述,流体和固体间热传递采用迭代法求解。采用三维有限元和涡量-流函数耦合求解上述热扩散方程,求得整个场域的温度场分布图和沟槽内空气层的流动方程,然后利用迭代法计算沟槽内电缆的载流量,直到导体温度为363K。计算结果显示,沟槽内存在较强的空气自然对流散热,沟槽内单根400mm2 YJV22XLPE电力电缆的载流量为825A,比直埋载流量提高了30%,比排管敷设载流量提高了51.9%。研究结果表明利用有限元和涡量-流函数,可以准确计算沟槽敷设电缆群的流场和温度场分布,从而准确计算沟槽敷设电缆的载流量。