用于仿真计算的同轴电缆暂态时域分析方法、装置及设备制造方法及图纸

本申请涉及一种用于仿真计算的同轴电缆暂态时域分析方法、装置及设备，该方法包括基于同轴电缆的材料参数结合FDTD网格构建同轴电缆仿真模型，确定同轴电缆仿真模型的仿真参数；根据仿真参数结合电场计算公式和磁场计算公式进行迭代计算，直至满足预设条件获得当前时间步长的电场向量和磁场向量；根据仿真参数、电场向量和磁场向量结合传输线理论的电压分布计算公式和电流分布计算公式计算，获得同轴电缆在不同导体层的电流和导体层间的电压。该方法通过将FDTD算法与传输线理论混合的同轴电缆仿真模型进行电场、磁场的迭代计算，实现计算的强耦合，在不降低计算精度的前提下，提高计算效率和计算结果的准确度。提高计算效率和计算结果的准确度。提高计算效率和计算结果的准确度。

【技术实现步骤摘要】
用于仿真计算的同轴电缆暂态时域分析方法、装置及设备


[0001]本申请涉及同轴电缆
，尤其涉及一种用于仿真计算的同轴电缆暂态时域分析方法、装置及设备。

技术介绍

[0002]同轴电缆是一种电能及信号传输线，一般是由四层物料造成：最内里是一条导电铜线，电缆的外面有一层塑胶(作绝缘体、电介质之用)围拢，绝缘体外面又有一层薄的网状屏蔽导电体(一般为铜或合金)，然后导电体外面是最外层的绝缘物料作为外皮。由于其抗干扰能力强、单位体积内能量密度高，同轴电缆已广泛应用于电能传输、信息传输、电气化铁路等领域，各领域对同轴电缆的稳定运行也提出了更高的要求。
[0003]在电能传输领域，操作冲击在高压及超高压电网中造成事故的影响较大，存在事故隐患，且一般工程校核计算仅针对新铺设线路，其中的电磁暂态过程对已有在运线路造成的影响尚存在不确定性。在信息传输领域，同轴电缆作为常用的一种信号及信息传输媒介，在雷电发生时往往会成为过电压波的侵入途径，这不仅会造成数据传输出现异常，还可能造成终端设备出现故障。在电气化铁路领域，大部分牵引电缆故障是由于电缆外护套破损本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于仿真计算的同轴电缆暂态时域分析方法，其特征在于，包括以下步骤：基于同轴电缆的材料参数结合FDTD网格构建同轴电缆仿真模型，确定同轴电缆仿真模型的仿真参数；所述仿真参数包括同轴电缆的FDTD网格区域、同轴电缆段数、时间步长、时间步数、网格尺寸、网格编号、绝对电导率、绝对磁导率、绝对磁导系数和绝对介电常数，所述材料参数包括介电常数、磁导率、几何尺寸、内导体半径和外导体内半径；根据所述仿真参数，结合电场计算公式和磁场计算公式进行迭代计算，直至满足预设条件获得当前时间步长的电场向量和磁场向量；根据所述仿真参数、所述电场向量和所述磁场向量，结合传输线理论的电压分布计算公式和电流分布计算公式计算，获得同轴电缆在不同导体层的电流和导体层间的电压。2.根据权利要求1所述的用于仿真计算的同轴电缆暂态时域分析方法，其特征在于，获得同轴电缆在不同导体层的电流和导体层间的电压之前，该同轴电缆暂态时域分析方法包括：采用电场环路积分修正方式对同轴电缆端口处当前时间步长的磁场向量进行修正；以及将与同轴电缆重合的FDTD网格区域的电场向量设置为0。3.根据权利要求2所述的用于仿真计算的同轴电缆暂态时域分析方法，其特征在于，所述电场环路积分修正方式的表达式为：式中，E
x
、E
y
、E
z
分别为X、Y、Z三个正交方向的电场向量，i、j、k为与FDTD网格区域的网格编号对应的位置编号，q为时间步数，Δt为时间步长，Δx、Δy、Δz分别为FDTD网格在X、Y、Z三个正交方向的网格尺寸，H
x
、H
y
、H
z
分别为三个正交方向的磁场向量，μ为绝对磁导率，为同轴电缆中导体层间的电介质AB在第q+1/2个时间步数的电压。4.根据权利要求1所述的用于仿真计算的同轴电缆暂态时域分析方法，其特征在于，所述电场计算公式为：述电场计算公式为：述电场计算公式为：所述磁场计算公式为：
式中，E
x
、E
y
、E
z
分别为X、Y、Z三个正交方向的电场向量，i、j、k为与FDTD网格区域的网格编号对应的位置编号，q为时间步数，σ为绝对电导率，ε为绝对介电常数，Δt为时间步长，Δx、Δy、Δz分别为FDTD网格在X、Y、Z三个正交方向的网格尺寸，H
x
、H
y
、H
z
分别为三个正交方向的磁场向量，μ为绝对磁导率，σ
m
为绝对磁导系数。5.根据权利要求1所述的用于仿真计算的同轴电缆暂态时域分析方法，其特征在于，所述电压分布计算公式为：所述电流分布计算公式为：所述电流分布计算公式为：所述电流分布计算公式为：式中，分别为同轴电缆中导体层间的电介质AB在第q+1/2与q
‑
1/2个时间步数的电压，q为时间步数，Δt为时间步长，C
AB
、L
AB
分别为同轴电缆中第一导体A与第二导体B之间的电感和电容，l为同轴电缆的轴向，I
A
为流经同轴电缆中第一导体A的电流，Δy、Δz分别为FDTD网格在Y、Z两个正交方向的网格尺寸，i、j、k为与FDTD网格区域的网格编号对应的位置编号，H
y
、H
z
分别为两个正交方向的磁场向量，I
B
为流经同轴电缆中第二导体B的电流，I
t
为同轴电缆的总电流。6.一种用于仿真计算的同轴电缆暂态时域分析装置，其特征在于，包括数据获取模块、第一计算模块和第二计算模块；所述数据获取模块，用于基于同轴电缆的材料参数结合...

【专利技术属性】
技术研发人员：李炳昊，程建伟，杨家辉，郭伊宇，黄克捷，黎文浩，袁耀，庄志发，
申请(专利权)人：南方电网科学研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：