專利名稱：一種測量三芯電纜填充層熱阻的方法
技術領域：
本發明涉及電纜填充層的熱阻測量技術，尤其涉及一種測量三芯電纜填充層熱阻的方法。
背景技術：
電力電纜導體載流量幅值變化的最直接特征量是導體溫度變化，一旦確定了電纜導體穩態溫度，就很容易確定電力電纜線路穩態載流量。但是直接測量電纜導體溫度尚存在技術困難，尤其是三芯電纜，一般只能通過測量電纜的表面溫度，再推算其導體溫度，而對于三芯電纜導體溫度的計算，最難確定且影響最大的參數是填充層的熱阻。目前確定三芯電纜載流量多采用光纖測溫的手段準確測量電力電纜線路外表面溫度，然后依據IEC標準所提供的通過電纜外表面溫度獲得導體溫度的方法來確定導體溫度，進而確定電纜載流量，該標準對導體穩態溫度的確定方式是在穩態前提下，運用傳熱學原理獲得電纜的導體溫度。近年來鑒于單芯有較規則的結構，有提出新的計算電纜導體溫度的方法——熱路法，這種方法是基于實際參數對IEC標準的修正。無論是IEC標準還是熱路法，其準確性都是基于可靠的電纜各層熱阻參數，由于三芯電纜與單芯電纜在結構上的差別，三芯電纜填充層的不規則的結構使其熱阻的確定非常困難，因此三芯電纜載流量的設定，工程應用上是在單芯電纜的熱路模型基礎上加系數修正，把三芯電纜的三個導體等效為單芯來計算，得出一個參考標準，但此等效存在較大的誤差，同時也不符合實際三芯電纜的溫度場分布。另外也有是依靠于模擬現場運行環境的實驗研究，根據實驗結果作為指導運行。但對于模擬現場的方法始終是治標不治本，而且需要浪費很大的財力物力，沒辦法得出一般性的有效結論。因此目前國內外學者熱衷于研究出三芯電纜計算導體溫度的熱路模型，但驗證熱路模型的準確性的前提則是把握準確的三芯電纜各層的熱阻參數，尤其是填充層的熱阻。
發明內容
為了克服現有技術中三芯電纜填充層熱阻難以測量的問題，本發明提供一種測量三芯電纜填充層熱阻的方法，本發明測量過程直接，結果準確。本發明采用如下技術方案:一種測量三芯電纜填充層熱阻的方法，包括如下步驟:SI選取三芯電纜任一橫截面作為測量對象；S2根據三芯電纜的外形凹凸特征得到該橫截面中填充層最厚的徑向方向，并沿此方向鉆三個孔，所述三個孔分別位于鎧裝層、內護套及封閉區域中心點；S3在S2中的三個孔內及三芯電纜該橫截面的表皮分別敷設熱電偶；S4當三芯電纜達到熱穩態時，記錄熱電偶所測的表皮溫度Tl、鎧裝層溫度T2、內護套溫度T3以及封閉區域中心點溫度T4 ；S5根據測得的鎧裝層溫度、三芯電纜表皮溫度及外護套的熱阻R’，得到穩態下三芯電纜徑向傳熱的熱流量P=(T2-T1)/R’ ；S6根據鎧裝層的溫度，三芯電纜表皮溫度及三芯電纜徑向傳熱的熱流量，利用傳熱學的傅氏定理，得到該橫截面填充層的熱阻R=(T4-T3)*R’ /(T2-T1)；S7多次重復S1-S6，得到該三芯電纜多個橫截面的填充層熱阻，計算其平均值得到該三芯電纜填充層的熱阻。所述S2中三個孔的直徑均為0.2 0.4cm。本發明的有益效果:( I)本發明對任何型號的三芯電纜均適用，填充層的材料屬性及幾何形狀對測量結果均無影響；(2)本發明 實驗操作方便，不需要昂貴設備，實驗數據的處理及計算簡單；(3)本發明所測得的填充層的熱阻可以直接應用于建立所選三芯電纜的穩態熱路模型，當表皮測溫點選擇在填充層最厚的徑向方向上的點時，可以根據熱路模型推算穩態下導體的溫度，且可靠性較IEC標準的計算方法好；(4)本發明對三芯電纜結構的破壞程度輕微，所以既適用于理論分析的實驗電纜，也適用于實際運行電纜的測量。
圖1為三芯電纜的結構示意圖；圖2為利用ANSYS仿真軟件得到三芯電纜在90°C時的溫度場分布圖；圖3為本發明具體實施例中測量三芯電纜填充層熱阻的熱電偶敷設圖。
具體實施例方式下面結合實施例及附圖，對本發明作進一步地詳細說明，但本發明的實施方式不限于此。實施例如圖1所示，三芯電纜的結構由外至內依次為外護套1、鎧裝帶2、內護套3、包帶
4、填充層5、三個線芯；每個線芯由外至內分別是金屬屏蔽層61、絕緣層62、導體屏蔽層63、導體64，三個線芯的金屬屏蔽層61連成的中心封閉區域7。如圖2所示，利用ANSYS仿真軟件得到的三芯電纜在90 V時的溫度場分布圖，其中導體溫度是90°C，電纜表皮溫度為58°C，三芯電纜穩態下的截面的熱場分布特征是鎧裝層以外是同層等溫，這是由于鎧裝層導熱率高，均溫效果好，而鎧裝層以內導體以外由于內部熱源不規則分布則不是同層等溫，但三芯電纜中心三個導體圍成了一個梅花狀的等溫區。如圖3所示，根據上述三芯電纜的熱場分布特征，將測溫熱電偶8敷設在填充層最厚的徑向方向上表皮、鎧裝層2、內護套3及中心封閉區域7的中心點；本實施例測量三芯電纜填充層熱阻的方法，包括如下步驟:SI選取三芯電纜任一橫截面測量；S2根據三芯電纜的外形凹凸特征得到該橫截面中填充層最厚的徑向方向，在此方向上鉆三個孔，所述孔直徑大小為0.2 0.4cm，三個孔分別位于三芯電纜鎧裝層、內護套及中心封閉區域的中心點，孔的深度根據所測對象而定；
S3在S2中的三個孔及三芯電纜該橫截面的表皮上敷設熱電偶8 ；S4當三芯電纜在某一穩定電流下運行，并達到熱穩態，記錄穩態下熱電偶所測得的溫度:分別是三芯電纜該橫截面表皮溫度Tl、鎧裝層溫度T2、內護套溫度T3以及中心點溫度T4 ；S5通過所測的鎧裝層與表皮的溫度差T2-T1以及外護套的熱阻R’，計算穩態條件下三芯電纜徑向傳熱的熱流量為P=(T2-T1)/R’ ；S6通過所測中心點與內護套間的溫度差T4-T3以及穩態條件下三芯電纜徑向傳熱的熱流量，根據傳熱學的傅氏定理，求出填充層的熱阻為R=(T4-T3)*R’ /(T2-T1)。S7多次重復上述步驟，得到該三芯電纜多個橫截面的填充層熱阻，計算其平均值得到該三芯電纜的填充層的熱阻。最終求得多個填充層熱阻值的平均值則為三芯電纜填充層的熱阻參數。上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式并不受所述實施例的限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包 含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種測量三芯電纜填充層熱阻的方法，其特征在于，包括如下步驟: Si選取三芯電纜任一橫截面作為測量對象； S2根據三芯電纜的外形凹凸特征得到該橫截面中填充層最厚的徑向方向，并沿此方向鉆三個孔，所述三個孔分別位于鎧裝層、內護套及封閉區域中心點； S3在S2中的三個孔內及三芯電纜該橫截面的表皮分別敷設熱電偶； S4當三芯電纜達到熱穩態時，記錄熱電偶所測的表皮溫度Tl、鎧裝層溫度T2、內護套溫度T3以及封閉區域中心點溫度T4 ； S5根據測得的鎧裝層溫度、三芯電纜表皮溫度及外護套的熱阻R’，得到穩態下三芯電纜徑向傳熱的熱流量P=(T2-T1)/R’ ； S6根據鎧裝層的溫度，三芯電纜表皮溫度及三芯電纜徑向傳熱的熱流量，利用傳熱學的傅氏定理，得到該橫截面填充層的熱阻R=(T4-T3)*R’ /(T2-T1)； S7多次重復S1-S6，得到該三芯電纜多個橫截面的填充層熱阻，計算其平均值得到該三芯電纜填充層的熱阻。
2.根據權利要求1所述的一種測量三芯電纜填充層熱阻的方法，其特征在于，所述S2中三個孔的直徑 均為0.2 0.4cm。
全文摘要
本發明公開了一種測量三芯電纜填充層熱阻的方法，本發明選取某一三芯電纜的任一橫截面，根據三芯電纜的外形凹凸特征得到該橫截面中填充層最厚的徑向方向，并沿此方向鉆三個孔，所述三個孔內的熱電偶分別用于測量三芯電纜的鎧裝層、內護套及封閉區域中心點的溫度；基于三芯電纜的穩態熱場分布以及穩態下同一徑向上各層傳熱的熱流量相等的原則，利用所測數據計算出填充層最厚的徑向方向上填充層的熱阻。本發明克服了三芯電纜在計算穩態導體溫度過程中填充層參數取值的一大難題，測量過程更直接，測量結果更準確。
文檔編號G01N25/20GK103245691SQ201310129598
公開日2013年8月14日 申請日期2013年4月15日 優先權日2013年4月15日
發明者劉剛, 胡倩楠 申請人:華南理工大學