任意截面型线电缆的导体性能参数计算方法技术

本发明专利技术提供的一种任意截面型线电缆的导体性能参数计算方法，包括以下步骤：S1.建立二维坐标系，确定单元格中心点坐标C

【技术实现步骤摘要】
任意截面型线电缆的导体性能参数计算方法


[0001]本专利技术涉及一种导体型线电缆设计相关
，尤其涉及一种任意截面型线电缆的导体性能参数计算方法。

技术介绍

[0002]型线电缆相比于普通电缆，其截面设计更具多样化，同类型同截面积线缆，即使在一系列设计准则约束下，仍可以设计出不同截面尺寸的单线结构，且其有截面利用率高、断线损害低和抗腐蚀性好等优点，在大容量、远距离传输中得到广泛应用。电缆在传输交流电时，会因集肤效应和邻近效应的影响，出现电流分布不均的现象，产生比通直流电时更大的电阻损耗，即交流损耗。
[0003]型线电缆集肤效应的分析主要是基于导体电流分布进行的，对此国内外学者提出了圆型截面和矩形截面的电流计算方法，实现了圆型和矩形截面电缆集肤效应的计算，但不能用于多单线截面邻近效应的分析。此外，IEC
‑
287中提供的交流电阻计算公式，虽考虑了集肤效应和邻近效应的影响，但公式中与截面形状相关的系数为经验值，无法描述非圆型线缆及不同类型截面尺寸的电流分布。因此，为解决上述问题，亟需提出一种新的技术方案。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，为解决现有技术问题或实际需求，本专利技术提供了一种任意截面型线电缆的导体性能参数计算方法，以准确获取型线电缆在集肤效应和邻近效应共同作用下的电缆截面形状与电流分布关系；该方法适用于S型、T型和Z型等任意截面形状的型线电缆导体性能参数计算，且准确性高、易于技术人员计算，提高了型线电缆设计水平。
[0005]一种任意截面型线电缆的导体性能参数计算方法，包括以下步骤：
[0006]S1.将型线电缆的截面划分为边长为h的正方形单元格，并在截面上建立一个二维坐标系，确定各单元格中心点坐标C
i
(x
i
，y
i
)；
[0007]S2.根据各单元格中心点坐标C
i
(x
i
，y
i
)计算集肤效应下各单元格的电流密度J
i
；
[0008]S3.根据单线d截面的各单元格电流密度J
i
和各单元格中心点坐标C
i
(x
i
，y
i
)计算单线d的截面中心点坐标A
d
(x
d
，y
d
)，以及单线d截面各单元格与邻近单线的截面中心点距离
[0009]所述邻近单线是指型线电缆中除单线d以外的其余单线；
[0010]S4.根据邻近单线截面通过的电流I
b
和单线d截面各单元格与邻近单线的截面中心点距离计算邻近单线截面对单线d截面各单元格的总磁场值H
′
i
；
[0011]S5.根据总磁场值H
′
i
计算单线d截面各单元格在邻近效应下的电流密度改变量f(i)；
[0012]S6.根据电流密度改变量f(i)和单元格的电流密度J
i
计算各单元格在集肤效应和
邻近效应共同作用下的电流密度
[0013]S7.根据集肤效应和邻近效应共同作用下的电流密度计算型线电缆的导体性能参数，导体性能参数包括交流损耗P、等效电阻R
a
和交直流损耗比Q。
[0014]进一步，步骤S2中，通过如下方法计算集肤效应下的各单元格电流密度J
i
：
[0015][0016][0017]其中，J
i
表示单元格电流密度，i表示单元格的序号，i∈N，N表示型线电缆中所有单线截面的单元格总数，j表示虚数单位，ω表示通入型线电缆的电流角频率，μ0表示磁化常数，μ
r
表示导体相对磁导率，σ表示导体电导率，h表示单元格边长，J
n
表示除第i个单元格以外的单元格电流密度，n表示单元格的序号，n∈N且n≠i，x
i
和x
n
表示单元格中心点的横坐标，y
i
和y
n
表示单元格中心点的纵坐标，J
s
表示未知常数，I表示型线电缆电流；
[0018]联立方程式(2.1)和(2.2)，求解出单元格电流密度J
i
。
[0019]进一步，步骤S3中，通过如下公式计算单线截面中心点坐标A
d
(x
d
，y
d
)：
[0020][0021][0022]其中，A
d
表示单线d的截面中心点坐标，d表示型线电缆中的单线序号，x
d
表示单线截面中心点的横坐标，y
d
表示单线截面中心点的纵坐标，i表示单元格的序号，x
i
表示单元格中心点的横坐标，y
i
表示单元格中心点的纵坐标，J
i
单元格电流密度，D表示单线d的单元格总数。
[0023]进一步，步骤S4中，通过如下公式计算单线d截面的各单元格受到的邻近单线截面总磁场：
[0024][0025]其中，H
′
i
表示单线d截面的第i个单元格受到的邻近单线截面总磁场，B表示型线电缆中的单线总数，b表示单线序号，b∈B，且b≠d，μ0表示磁化常数，表示单元格i中心点与单线b截面中心点的距离，I
b
表示单线b中通入的电流。
[0026]进一步，步骤S5中，通过如下方法计算邻近效应下的单元格电流密度改变量f(i)：
[0027]将邻近单线截面对单线d截面单元格的磁场值H
′
i
大于的单元格设为集合E，集合E中包含的单元格总数为n1，将邻近单线截面对单线d截面单元格的磁场值H
′
i
小于的单线设为集合F，集合F中包含的单元格总数为n2，将邻近单线截面对单线d截面单元格的磁场值H
′
i
等于的单元格设为集合G，集合G中包含的单元格总数为n3，表示单线d截面的磁场平均值；
[0028]邻近效应下的单元格电流密度改变量f(i)通过如下公式计算：
[0029][0030]其中，i表示单元格序号，f(i)表示单元格i的电流密度改变量，J
d
表示单线d的电流密度改变量，J
i
表示单元格i的电流密度，H
′
i
表示单元格i受到的邻近单线截面磁场大小，J
k
表示集合E中的单元格电流密度，k表示集合E中的单元格序号，H
′
k
表示单元格k受到的邻近单线截面磁场大小，表示单线d截面的磁场平均值，J
l
表示集合F中的单元格电流密度，l表示集合F中的单元格序号，H
′
l
表示单元格l受到的邻近单线截面磁场大小；
[0031]J
d
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种任意截面型线电缆的导体性能参数计算方法，其特征在于：包括以下步骤：S1.将型线电缆的截面划分为边长为h的正方形单元格，并在截面上建立一个二维坐标系，确定各单元格中心点坐标C
i
(x
i
,y
i
)；S2.根据各单元格中心点坐标C
i
(x
i
,y
i
)计算集肤效应下各单元格的电流密度J
i
；S3.根据单线d截面的各单元格电流密度J
i
和各单元格中心点坐标C
i
(x
i
,y
i
)计算单线d的截面中心点坐标A
d
(x
d
,y
d
)，以及单线d截面各单元格与邻近单线的截面中心点距离所述邻近单线是指型线电缆中除单线d以外的其余单线；S4.根据邻近单线截面通过的电流I
b
和单线d截面各单元格与邻近单线的截面中心点距离计算邻近单线截面对单线d截面各单元格的总磁场值H'
i
；S5.根据总磁场值H'
i
计算单线d截面各单元格在邻近效应下的电流密度改变量f(i)；S6.根据电流密度改变量f(i)和单元格的电流密度J
i
计算各单元格在集肤效应和邻近效应共同作用下的电流密度S7.根据集肤效应和邻近效应共同作用下的电流密度计算型线电缆的导体性能参数，导体性能参数包括交流损耗P、等效电阻R
a
和交直流损耗比Q。2.根据权利要求1所述的一种任意截面型线电缆的导体性能参数计算方法，其特征在于：步骤S2中，通过如下方法计算集肤效应下的各单元格电流密度J
i
：：其中，J
i
表示单元格电流密度，i表示单元格的序号，i∈N，N表示型线电缆中所有单线截面的单元格总数，j表示虚数单位，ω表示通入型线电缆的电流角频率，μ0表示磁化常数，μ
r
表示导体相对磁导率，σ表示导体电导率，h表示单元格边长，J
n
表示除第i个单元格以外的单元格电流密度，n表示单元格的序号，n∈N且n≠i，x
i
和x
n
表示单元格中心点的横坐标，y
i
和y
n
表示单元格中心点的纵坐标，J
s
表示未知常数，I表示型线电缆电流；联立方程式(2.1)和(2.2)，求解出单元格电流密度J
i
。3.根据权利要求1所述的一种任意截面型线电缆的导体性能参数计算方法，其特征在于：步骤S3中，通过如下公式计算单线截面中心点坐标A
d
(x
d
,y
d
)：)：其中，A
d
表示单线d的截面中心点坐标，d表示型线电缆中的单线序号，x
d
表示单线截面
中心点的横坐标，y
d
表示单线截面中心点的纵坐标，i表示单元格的序号，x
i
表示单元格中心点的横坐标，y
i
表示单元格中心点的纵坐标，J
i
单元格电流密度，D表...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱孙科，熊钊，蒋玉安，倪颖倩，
申请(专利权)人：重庆市计量质量检测研究院，
类型：发明
国别省市：