基于ANSYS的通電電纜的電-熱場耦合分析

本文對電纜的電熱場進行分析，通過ANSYS APDL建模分析,采用單元直接耦合電熱場，準確模擬了電纜的電熱場分布，對工程實踐有指導意義。

1 序言

110k V 及其以上電壓等級的電力電纜，作為電力系統中重要的輸電設備，其安全運行對電力系統非常重要。一旦電力電纜發生故障，不僅會產生巨大的經濟損失，同時還會產生大面積的停電，造成嚴重社會影響。由于運行中的線路過負荷導致電纜過熱受損，由于線路敷設環境造成電纜護層化學腐蝕和電解腐蝕，由于海纜鎧裝、護套材料造成的電磁場導致絕緣受損等。這些缺陷在電纜線路運行中逐漸發展，直接威脅電網供電的可靠性。如何提高海底電力電纜運行安全性，是保障電力系統可靠供電至關重要的一個環節。

2 模型參數

為電纜的導體由多股導線絞合而成，所以導體表面不光滑會導致導體周圍電場分布不均勻，所以實際上電纜導體外會存在半導體屏蔽層，作用是均衡導體表面的電場。同理，電纜三相也是絞合的，為了均衡其表面電場，在主絕緣外也會存在一層半導體屏蔽層。在這里，我們把模型理想化，導體僅由一根粗導線組成，因此表面是光滑的，同時電纜三相在一段距離里，近似沒有換位，而是平行的。

材料：丁苯橡膠（絕緣）   聚丙烯 （填充）   銅芯（紫銅）  氯丁橡膠（護套）  電纜

邊界：通過電流90A   電纜長度 23mm  外部溫度7℃

圖 電纜模型和材料

圖 有限元模型

3 結果分析

電纜在滿負荷正常運行時，電纜內部最高溫度為 79.9℃，最高電場強度為13.7MV/m。根據運行經驗，電纜正常運行時內部最高不會超過 90℃，電場強度不會超過 35MV/m，因此，此時電纜工作正常。

圖 溫度場云圖

圖 電場強度

圖 電勢分布