一种生产过程中的电缆线芯电阻检测方法技术

本发明专利技术提出一种生产过程中的电缆线芯电阻检测方法，属于电缆线芯电阻检测技术领域。通过获取的环境温度、绞线机速度、加工温度和线芯对环境辐射系数，在COMSOL中设定边界条件构建绞合线芯的温度场模型，并利用求解器进行计算，根据计算结果对绞合线芯温度场进行分析，拟合出线芯整体温度，根据GB/T 3048.4

【技术实现步骤摘要】
一种生产过程中的电缆线芯电阻检测方法


[0001]本专利技术涉及电缆线芯电阻检测
，具体涉及一种生产过程中的电缆线芯电阻检测方法。

技术介绍

[0002]随着电缆制造企业对电缆生产效率的需求增加，现有的离线形式下的电力电缆线芯电阻检测，越来越难以满足企业对电缆高效生产需求。以往离线形式下的线芯电阻检测往往需要十几个小时的检测周期，不仅检测效率低下而且对实验条件要求极为苛刻，而将检测工序转移到生产过程中可有效解决这一问题。但要将电力电缆电阻检测从离线形式转换到在线形式，则无法保持线芯温度场的稳定，所测电缆线芯温度分布不均匀且易受外界环境影响，检测精度受温度影响较大，因此克服温度对检测结果的影响是重中之重。
[0003]因生产中绞合线芯的结构特性与温度分布因素，无法直接进行温度测量，在电缆径向上的温度分布无法得知。因此通过计算推导间接测算出电缆整体温度成为目前的可行选择。当前电缆线芯温度的研究主要有两种方法：解析计算法和数值分析法。解析计算法通过对电缆结构和传热过程的详细分析，建立多层热路模型，然而由于环境参数的不确定性，计算结果通常会出现较大偏差。常用的数值计算方法为有限元法，与解析法相比，数值分析法具有许多优点，如与多物理场耦合分析的适应性更强，模拟数据更准确，计算结果更加接近实际情况。
[0004]本专利技术采用COMSOL有限元仿真软件对BV50 19(1+6+12)股绞合线芯进行温度场分析，进而测算出生产过程中电缆线芯的电阻。通过温度场分析降低了由温度分布不均匀引起的计算误差，在将离线检测转移到生产过程中时，不仅能大幅提高检测效率，而且可以使得其精度仍在误差允许范围内(0.4％)。

技术实现思路

[0005]本专利技术解决的技术问题是：针对目前电缆线芯电阻检测效率低下问题，提出一种生产过程中的电缆线芯电阻检测方法，通过有限元温度场分析降低了由温度分布不均匀引起的计算误差，让线芯电阻在生产过程中进行检测成为可能。
[0006]本专利技术的技术解决方案是：一种生产过程中的电缆线芯电阻检测方法，步骤如下：(1)在COMSOL Multiphysics中构建绞合线芯的几何结构；(2)对构建的绞合线芯几何模型进行有限元网格划分和材料属性添加；(3)添加物理场设置及边界条件的加载，模拟绞合线芯从绞线机出来时的温度场变化，并进行瞬态求解器配置；(4)根据计算结果对绞合线芯温度场进行分析，拟合出线芯整体温度；(5)实验测得此温度场下的实际电阻；(6)根据GB/T 3048.4
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2007给出的导体电阻与温度换算公式，换算成国标下20℃时的等效电阻，与国家标准比较以验证模型可行性。
[0007]进一步地，所述(1)的几何结构包括截面积、绞线绞距、单芯半径和气隙间距。
[0008]进一步地，所述(2)中，对于线芯部分采用四边形网格进行划分(最大单元尺寸为2mm，最小单元尺寸为0.3mm，最大单元增长率为1.5)，对于几何尺寸较小的气隙部分采用三角形网格划分(最大尺寸为1.5mm；最小尺寸为0.2mm；最大单元增长为1.2)，轴向上使用扫掠网格划分。材料属性包括：导热系数、材料密度、恒压热容、辐射系数、动力粘度和比热率。
[0009]进一步地，所述(3)中物理场设置包括：层流场，流固耦合传热场。
[0010]进一步地，所述(4)的拟合温度为结果处理中派生值的体平均温度，除去气隙温度对整体线芯温度取平均值。
[0011]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：通过温度场分析降低了由温度分布不均匀引起的计算误差，在将离线检测转移到生产过程中时，不仅能大幅提高检测效率，而且可以使得其精度仍在误差允许范围内(0.4％)。
附图说明
[0012]图1为本专利技术的步骤流程图；
[0013]图2为本专利技术的线芯轴向的几何结构与网格划分；
[0014]图3为本专利技术的线芯径向的几何结构与网格划分；
[0015]图4为本专利技术加工温度为65℃时的温度场仿真结果。
具体实施方式
[0016]下面将更加深刻，完整的阐述本专利技术实施案例中的技术方案。如图1所示，一种生产过程中的电缆线芯电阻检测方法，包括以下步骤：(1)构建绞合线芯几何结构，包括截面积、绞线绞距、单芯半径和气隙间距；(2)对构建的绞合线芯几何模型进行有限元网格划分和材料属性添加；(3)添加物理场设置(层流场，流固耦合传热场)及边界条件的加载，并进行瞬态求解器配置；(4)根据计算结果对绞合线芯温度场进行分析，拟合出线芯整体温度；(5)实验测得此温度场下的实测电阻；(6)根据GB/T 3048.4
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2007给出的导体电阻与温度换算公式，换算成国标下20℃时的等效电阻，与国家标准比较以验证模型可行性。
[0017]作为一种可能的实施方式，进一步的，所述(2)中，对于线芯部分采用四边形网格进行划分，对于几何尺寸较小的气隙部分采用三角形网格划分，轴向上使用扫掠网格划分，自由四边形网格为：最大单元尺寸为2mm；最小单元尺寸为0.3mm；最大单元增长率为1.5，自由三角形网格为：最大尺寸为1.5mm；最小尺寸为0.2mm；最大单元增长为1.2。
[0018]作为一种可能的实施方式，进一步的，所述(3)中，边界条件包括：加工温度(20℃
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65℃)、环境温度(15℃
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25℃)、线芯对外界环境辐射(取辐射系数为0.8)和绞线机运行速度(1m/s
‑
2m/s)。求解器采用全耦合直接求解器，选择MUMPS方法进行求解。
[0019]作为一种可能的实施方式，进一步的，所述(4)中的拟合温度为结果处理中派生值的体平均温度，除去气隙温度对整体线芯温度取平均值。
[0020]在上述步骤(5)中测量线芯电阻的使用的仪器为Keithley 2000Multimeter多功
能数字电表，其精度可达到七位半，对于绞合线芯电阻的测量完全可以满足精度要求。
[0021]基于以上实施方式，在上述步骤(6)中的温度与导体电阻换算公式为：
[0022]式中：R
θn
为在额度温度的电阻值，Ω/km；R为在测量温度时的电阻值，Ω/m；α为材料的温度系数，℃
‑1；T为在测量时导体的温度，℃；θm为额定温度，℃；L为试样测量长度，m。根据实验条件L取1m，θn取20℃，R为实测电阻，α取0.00393℃
‑1。
[0023]其他条件不变的情况下，对一段电阻已知(3.856
×
10
‑4Ω)的线芯施加变化温度，模拟绞线机出口的温度波动，同时在线芯两端各放置一个温度传感器，采集线芯温度。结合有限元仿真与实测数据进行对比分析，结果表明经过有限元温度场分析的拟合温度与测量点温度对比计算可有效降低计算误差，其实验结果如表1所示表1实验结果数据表1实验结果数据
[0024]综上所述，本专利技术通过温度场分析降低了由温度分布不均匀引起的计算误差，在将离线检测转移本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种生产过程中的电缆线芯电阻检测方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)在COMSOL Multiphysics中构建绞合线芯几何结构；(2)对构建的绞合线芯几何模型进行有限元网格划分和材料属性添加；(3)添加物理场设置及边界条件的加载，并进行瞬态求解器配置；(4)根据计算结果对绞合线芯温度场进行分析，拟合出线芯整体温度；(5)实验测得此温度场下的实际电阻；(6)根据GB/T 3048.4
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2007给出的导体电阻与温度换算公式，结合拟合温度与实测电阻换算成国标下20℃时的等效电阻，与国家标准比较以验证模型可行性。2.根据权利要求1所述的一种生产过程中的电缆线芯电阻检测方法，其特征在于：所述(1)的几何结构包括截面积、绞线绞距、单芯半径和气隙间距。3.根据权利要求1所述的一种生产过程中的电缆线芯电阻检测方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宏民，裴佳聪，薛萍，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：