基于热电耦合的10kV XLPE地下电缆群温度场数值计算

王巧玲，杨玉平，梁永春

(1.河北科技大学信息科学与工程学院，河北 石家庄050018;2.河北科技大学理工学院，河北 石家庄050018;3.河北科技大学电气信息学院，河北 石家庄050018)

引言

目前电力输送大多采用地下电缆的形式，安装地下电缆需要保证地下散热条件不使电缆超温而导致绝缘损坏，但是由于影响电缆传热的可变因素很多，电缆的载流量很难准确确定。

综合目前国内外的研究现状，可将已有的电缆温度场数值计算方法概括为有限元法、边界元法、有限差分法［1-6］。对于多芯电缆，有限差分和边界元法都存在电缆区域剖分困难的问题，而有限元法可以很好地解决这个问题。

电缆导体的电阻率是温度的线性函数，而电阻率是影响电缆发热量的重要因素，同时也是本文主要考虑的，即地下电缆群温度场计算是一个热电耦合问题。本文采用有限元法进行数值计算，同时利用迭代法实现热电间接耦合，确定土壤直埋电缆的散热和周围土壤的温度分布，并最终确定电缆的载流量。

1 基本原理

1.1 损耗计算公式

单回路土壤直埋电缆如图1所示，整个区域为一个半无限大温度场。电缆群水平直埋于地下700mm处，周围填充沙土100mm，然后回填土壤。

图1 土壤直埋电缆物理模型Fig.1 Physical model of underground cables

整个区域为一个半无限大温度场。需要将一个开域场转变为闭域场才能进行求解。上边界为地表，属于第三类边界。下边界、左边界和右边界可由以下方法确定。

温度仅在电缆附近变化较为剧烈，当远离电缆时，土壤温度将与环境温度相同。……