基于有限元软件仿真磁感应强度的电缆接触电阻计算方法

1.本发明属于电力电缆领域，具体涉及基于有限元软件仿真磁感应强度的电缆接触电阻计算方法。


背景技术：

2.电缆的使用寿命主要取决于电缆绝缘材料的老化程度，而电缆绝缘材料的温度是影响其老化速度的重要因素；其中，电缆中间接头又是整条电缆线路中最易发热的区域，主要受电缆中间接头的接触电阻的影响。因此，准确测量电缆中间接头的接触电阻对有效评估电缆的使用寿命意义重大。然而，目前的电缆中间接头接触电阻的计算或测量方法中，只能测量电缆中间接头总体接触电阻，无法测量各接触面的接触电阻。公开号为cn104635056b的中国专利“一种用于计算三芯电缆中间接头压接管接触电阻的方法”公开了一种用于计算三芯电缆中间接头压接管接触电阻的方法，包括：1)在10kv三芯电缆取长度相等的两段，一段包含电缆中间接头，一段为电缆本体；2)利用电钻对所取的两段三芯电缆内同一根芯线进行打孔，打孔的位置为各段电缆两端；3)利用升流设备对10kv三芯电缆加载大电流，然后利用欧姆表测量所取两段电缆线芯两段电压，记录电流与电压数据；4)根据测量所取两段电缆线芯两端电压和通过电缆的电流，计算电缆中间接头处压接管与线芯之间的接触电阻。显然，这一方法得到的接触电阻为中间接头的总体接触电阻。公开号为cn107203688a的中国专利“一种电缆中间接头压接管处接触电阻计算方法”公开了一种电缆中间接头压接管处接触电阻计算方法，包括：s1、结合电缆线芯正规绞合工艺，计算其绞合外径d1；s2、电缆线芯紧压以后，计算导体外接圆直径d2；s3、假设压接后各层导体形变量相同，计算内切圆与外切圆半径差值dc；s4、计算紧压绞合导体横切面外层的有效接触长度le；s5、假设导体与套管充分接触，计算中间接头导体压接连接的实际接触面积as；s6、计算电缆线芯与压接管间接触电阻rj。同样地，这一方法只能测量电缆中间接头总体接触电阻，无法测量各接触面的接触电阻。


技术实现要素：

3.本发明的技术问题是现有的电缆中间接头的测量、计算方法只能测量电缆中间接头总体接触电阻，无法获得电缆中间接头各接触面的接触电阻。
4.本发明的目的是解决上述问题，提供基于有限元软件仿真磁感应强度的电缆接触电阻计算方法，能够测量得出电缆中间接头各接触面的接触电阻，进而发现、分析电缆中间接头存在的问题，提高电缆运行安全性。
5.本发明的技术方案是基于有限元软件仿真磁感应强度的电缆接触电阻计算方法，用于测量、计算带有中间接头的ab段电缆的接触电阻，选取第一电缆线芯和第二电缆线芯接触面对应的压接铜管外表面c点为磁感应强度测量点，包括以下步骤，
6.步骤1：选择和ab段电缆相同规格的无中间接头的长度为1米的电缆线芯，测量得到单位长度的电缆线芯电阻r0；
7.步骤2：测量ab段电缆的总电阻rs；
8.步骤3：测量ab段电缆的几何参数，包括电缆线芯的直径d，第一电缆线芯的长度l1，第二电缆线芯的长度l2，压接铜管的直径d，压接铜管与第一电缆线芯重合部分的长度l3，压接铜管与第二电缆线芯重合部分的长度l4；
9.步骤4：根据ab段电缆的额定电流有效值im，对ab段电缆通入直流电流，采用高斯计测量压接铜管外表面c点的磁感应强度bm；
10.步骤5：构建ab段电缆的等效电路，构建中间接头各接触面接触电阻与ab段电缆总电阻rs的数学关系；
11.步骤6：采用有限元软件建立ab段电缆的二维有限元模型，设置ab段电缆中电流大小与步骤4的直流电流大小相同，计算得到磁感应强度测量点的磁感应强度bj，并通过改变电缆线芯的电流ix和压接铜管的电流i
m-i
x
，使得bj＝bm；
12.步骤7：计算得到电缆中间接头各接触面的接触电阻；
13.所述步骤6具体包括以下子步骤：
14.步骤6.1：根据ab段电缆的轴对称性，建立ab段电缆的二维有限元模型，包括第一电缆线芯、第二电缆线芯、压接铜管、空气区域；
15.步骤6.2：分别设置第一电缆线芯、第二电缆线芯、压接铜管的材料属性，第一电缆线芯、第二电缆线芯、压接铜管、空气区域的相对磁导率设置为1，第一电缆线芯、第二电缆线芯的电导率设置为电缆导体的电导率，压接铜管的电导率设置为铜电导率，空气区域的电导率设置为0；
16.步骤6.3：设置二维有限元模型的边界条件；
17.步骤6.4：设置二维有限元模型的电流源为im，即流经ab段电缆的a端、b端的电流为im，im大小与步骤4的直流电流大小相同，第一电缆线芯的与压接铜管重叠的区域电流设置为i
x
，第二电缆线芯的与压接铜管重叠的区域电流设置为i
x
，压接铜管的电流设置为i
m-i
x
；
18.步骤6.5：令i
x
＝0，启动有限元软件计算二维有限元模型的磁感应强度分布，记录二维有限元模型c点的磁感应强度b
j0
；
19.步骤6.6：令i
x
＝im，启动有限元软件计算二维有限元模型的磁感应强度分布，记录二维有限元模型c点的磁感应强度b
jm
；
20.步骤6.7：改变i
x
大小，使得bj＝bm。
21.步骤5中，中间接头接触面接触电阻包括r
j1
、r
j2
、r
j3
，其中r
j1
为第一电缆线芯与第二电缆线芯的对接接触面的接触电阻，r
j2
为第一电缆线芯与压接铜管的压接接触面的接触电阻，r
j3
为第二电缆线芯与压接铜管的压接接触面的接触电阻。
22.优选地，步骤6.3包括以下子步骤：
23.步骤6.3.1：在二维有限元模型的电缆轴线处设置轴对称边界条件；
24.步骤6.3.2：在磁感应强度为0的二维有限元模型边界处设置磁感应强度为0的边界条件。
25.进一步地，ab段电缆的总电阻rs＝r1+r
j1
*(r
j2
+r
j3
)/(r
j1
+r
j2
+r
j3
)+r2,r
j2
/r
j3
＝l3/l4，第一电缆线芯的导体电阻r1＝r0*l1,第二电缆线芯的导体电阻r2＝r0*l2。
26.步骤6.7中，bj＝bm时，电流i
x
＝im*(b
m-b
j0
)/(b
jm-b
j0
)。
27.步骤7中，
28.接触电阻
29.接触电阻
30.接触电阻
31.相比现有技术，本发明的有益效果是能够测量、计算得出电缆中间接头各接触面的接触电阻，便于发现、分析电缆中间接头存在的问题。此外，选取磁感应强度测量点的接触电阻计算方法，便于了解电缆中间接头区域的磁感应强度分布情况。
附图说明
32.下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
33.图1为带中间接头的ab段电缆的结构示意图。
34.图2为带中间接头的ab段电缆的等效电路图。
35.图3为本发明的基于有限元软件仿真磁感应强度的电缆接触电阻计算方法的流程图。
36.图4为ab段电缆的二维有限元模型。
37.图中标记说明：第一电缆线芯1；第二电缆线芯2；压接铜管3；第一电缆线芯与第二电缆线芯的对接接触面4；第一电缆线芯与压接铜管的压接接触面5；第二电缆线芯与压接铜管的压接接触面6；第一探测线圈7，第二探测线圈8，二维有限元模型的空气区域9.
具体实施方式
38.图1所示为带中间接头的ab段电缆，其中第一电缆线芯1和第二电缆线芯2规格相同。
39.如图3所示，基于有限元软件仿真磁感应强度的电缆接触电阻计算方法，用于测量、计算带有中间接头的ab段电缆的接触电阻，选取第一电缆线芯和第二电缆线芯的对接接触面4对应的压接铜管3外表面c点为磁感应强度测量点，包括以下步骤，
40.步骤1：选择和ab段电缆相同规格的无中间接头的长度为1米的电缆线芯，测量得到单位长度的电缆线芯电阻r0；
41.步骤2：测量ab段电缆的总电阻rs；
42.步骤3：测量ab段电缆的几何参数，包括电缆线芯的直径d，第一电缆线芯1的长度l1，第二电缆线芯2的长度l2，压接铜管3的直径d，压接铜管3与第一电缆线芯1重合部分的长度l3，压接铜管3与第二电缆线芯2重合部分的长度l4；
43.步骤4：根据ab段电缆的额定电流有效值im，对ab段电缆通入大小为im的直流电流，采用高斯计测量压接铜管外表面c点的磁感应强度bm；
44.步骤5：构建ab段电缆的等效电路，如图2所示，构建中间接头接触电阻r
j1
、r
j2
、r
j3
与ab段电缆总电阻rs的数学关系，其中r
j1
为第一电缆线芯与第二电缆线芯的对接接触面4的接触电阻，r
j2
为第一电缆线芯与压接铜管的压接接触面5的接触电阻，r
j3
为第二电缆线芯与压接铜管的压接接触面6的接触电阻；ab段电缆的总电阻rs＝r1+r
j1
*(r
j2
+r
j3
)/(r
j1
+r
j2
+r
j3
)+r2,r
j2
/r
j3
＝l3/l4，第一电缆线芯1的导体电阻r1＝r0*l1,第二电缆线芯2的导体电阻r2＝r0*l2；
45.步骤6：采用有限元软件建立ab段电缆的二维有限元模型，计算得到磁感应强度测量点的磁感应强度bj，并通过改变电缆线芯的电流ix和压接铜管3的电流i
m-i
x
，使得bj＝bm；
46.步骤7：通过计算得到接触电阻r
j1
、r
j2
、r
j3
。
47.步骤6中，所述采用有限元软件建立ab段电缆的二维有限元模型，包括以下步骤，
48.步骤6.1：根据ab段电缆的轴对称性，建立ab段电缆的二维有限元模型，如图4所示，包括第一电缆线芯1、第二电缆线芯2、压接铜管3、空气区域9；
49.步骤6.2：分别设置第一电缆线芯1、第二电缆线芯2、压接铜管3的材料属性，第一电缆线芯1、第二电缆线芯2、压接铜管3、空气区域9的相对磁导率设置为1，第一电缆线芯1、第二电缆线芯2的电导率设置为电缆导体的电导率，压接铜管3的电导率设置为铜电导率，空气区域9的电导率设置为0；
50.步骤6.3：设置二维有限元模型的边界条件；
51.步骤6.3.1：在二维有限元模型的电缆轴线处设置轴对称边界条件；
52.步骤6.3.2：在磁感应强度为0的二维有限元模型边界处设置磁感应强度为0的边界条件；
53.步骤6.4：设置二维有限元模型的电流源为im，即流经ab段电缆的a端、b端的电流为im，第一电缆线芯1的与压接铜管3重叠的区域电流设置为i
x
，第二电缆线芯2的与压接铜管3重叠的区域电流设置为i
x
，压接铜管3的电流设置为i
m-i
x
；
54.步骤6.5：令i
x
＝0，启动有限元软件计算二维有限元模型的磁感应强度分布，记录二维有限元模型c点的磁感应强度b
j0
；
55.步骤6.6：令i
x
＝im，启动有限元软件计算二维有限元模型的磁感应强度分布，记录二维有限元模型c点的磁感应强度b
jm
；
56.步骤6.7：改变i
x
大小，使得bj＝bm。
57.bj＝bm时，电流i
x
＝im*(b
m-b
j0
)/(b
jm-b
j0
)；
58.步骤7中，
59.接触电阻
60.接触电阻
61.接触电阻

技术特征：
1.基于有限元软件仿真磁感应强度的电缆接触电阻计算方法，用于测量、计算带有中间接头的ab段电缆的接触电阻，选取第一电缆线芯和第二电缆线芯接触面对应的压接铜管外表面c点为磁感应强度测量点，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：选择和ab段电缆相同规格的无中间接头的电缆线芯，测量得到单位长度的电缆线芯电阻r0；步骤2：测量ab段电缆的总电阻r
s
；步骤3：测量ab段电缆的几何参数，包括电缆线芯的直径d，第一电缆线芯的长度l1，第二电缆线芯的长度l2，压接铜管的直径d，压接铜管与第一电缆线芯重合部分的长度l3，压接铜管与第二电缆线芯重合部分的长度l4；步骤4：根据ab段电缆的额定电流有效值i
m
，对ab段电缆通入直流电流，采用高斯计测量压接铜管外表面c点的磁感应强度b
m
；步骤5：构建ab段电缆的等效电路，构建中间接头各接触面接触电阻与ab段电缆总电阻rs的数学关系；步骤6：采用有限元软件建立ab段电缆的二维有限元模型，设置ab段电缆中电流大小与步骤4的直流电流大小相同，计算得到磁感应强度测量点的磁感应强度b
j
，并通过改变电缆线芯的电流ix和压接铜管的电流i
m-i
x
，使得b
j
＝b
m
；步骤7：计算得到电缆中间接头各接触面的接触电阻；所述步骤6具体包括：步骤6.1：根据ab段电缆的轴对称性，建立ab段电缆的二维有限元模型，包括第一电缆线芯、第二电缆线芯、压接铜管、空气区域；步骤6.2：分别设置第一电缆线芯、第二电缆线芯、压接铜管的材料属性，第一电缆线芯、第二电缆线芯、压接铜管、空气区域的相对磁导率设置为1，第一电缆线芯、第二电缆线芯的电导率设置为电缆导体的电导率，压接铜管的电导率设置为铜电导率，空气区域的电导率设置为0；步骤6.3：设置二维有限元模型的边界条件；步骤6.4：设置二维有限元模型的电流源为i
m
，即流经ab段电缆的a端、b端的电流为i
m
，i
m
大小与步骤4的直流电流大小相同，第一电缆线芯的与压接铜管重叠的区域电流设置为i
x
，第二电缆线芯的与压接铜管重叠的区域电流设置为i
x
，压接铜管的电流设置为i
m-i
x
；步骤6.5：令i
x
＝0，启动有限元软件计算二维有限元模型的磁感应强度分布，记录二维有限元模型c点的磁感应强度b
j0
；步骤6.6：令i
x
＝i
m
，启动有限元软件计算二维有限元模型的磁感应强度分布，记录二维有限元模型c点的磁感应强度b
jm
；步骤6.7：改变i
x
大小，使得b
j
＝b
m
。2.根据权利要求1所述的电缆接触电阻计算方法，其特征在于，步骤5中，中间接头接触面接触电阻包括r
j1
、r
j2
、r
j3
，其中r
j1
为第一电缆线芯与第二电缆线芯的对接接触面的接触电阻，r
j2
为第一电缆线芯与压接铜管的压接接触面的接触电阻，r
j3
为第二电缆线芯与压接铜管的压接接触面的接触电阻。3.根据权利要求2所述的电缆接触电阻计算方法，其特征在于，步骤6.3包括以下子步骤：
步骤6.3.1：在二维有限元模型的电缆轴线处设置轴对称边界条件；步骤6.3.2：在磁感应强度为0的二维有限元模型边界处设置磁感应强度为0的边界条件。4.根据权利要求3所述的电缆接触电阻计算方法，其特征在于，ab段电缆的总电阻r
s
＝r1+r
j1
*(r
j2
+r
j3
)/(r
j1
+r
j2
+r
j3
)+r2,r
j2
/r
j3
＝l3/l4，第一电缆线芯的导体电阻r1＝r0*l1,第二电缆线芯的导体电阻r2＝r0*l2。5.根据权利要求4所述的电缆接触电阻计算方法，其特征在于，步骤6.7中，b
j
＝b
m
时，电流i
x
＝i
m
*(b
m-b
j0
)/(b
jm-b
j0
)。6.根据权利要求5所述的电缆接触电阻计算方法，其特征在于，所述计算得出接触电阻r
j1
、r
j2
、r
j3
，其中接触电阻接触电阻接触电阻

技术总结
本发明涉及基于有限元软件仿真磁感应强度的电缆接触电阻计算方法，选取第一电缆线芯和第二电缆线芯接触面对应的压接铜管外表面C点为磁感应强度测量点，测量AB段电缆的总电阻Rs，构建AB段电缆的等效电路，建立二维有限元模型，最后计算得到接触电阻R


技术研发人员：邱立 张望 陈伟 常鹏 苏攀 江进波 熊奇 曹成
受保护的技术使用者：三峡大学
技术研发日：2019.08.05
技术公布日：2023/8/9