基于有限元方法的含非磁性屏蔽的三叶形中压电缆涡流损耗量化分析

《IEEE Access》：FEM-Based Quantification of Eddy-Current Losses for MV Cables in Trefoil Formation with Non-Magnetic Screens

　　

摘要：

在以三芯形式安装、两端均进行连接并接地的三相中压电缆中，非磁性屏蔽层和护套中会产生涡流损耗和循环电流损耗。根据IEC 60287-1-1标准，非磁性屏蔽层和护套中的涡流损耗可忽略不计，而CIGRé TB 880技术手册则建议始终将这类损耗纳入考虑范围。因此，对于所研究的屏蔽层连接设计而言，准确区分循环电流损耗和涡流损耗至关重要。仅依靠实验方法无法准确实现这种区分，但可通过分析建模与基于有限元方法的电磁热仿真相结合的方式来实现。本文提出了一种新的基于有限元方法的混合算法，用于定量计算中压电缆中的循环电流损耗和涡流损耗。该算法被应用于19种不同导体截面的Cu/XLPE/CTS/PVC/AWA/PVC 1/C 19/33 kV（BS 6622）电缆。通过与根据CIGRé TB 272和CIGRé TB 880技术手册考虑涡流损耗的IEC标准分析计算结果进行比较，验证了所提算法的准确性。基于有限元方法的电磁热模型则是利用已公开的PL 1×300 RM 6/10 kV电缆的实验数据进行校准和验证的，所采用的校准策略也是一项创新点。研究结果表明，对于导体截面在70至1000平方毫米之间的BS 6622标准电缆，其屏蔽层和护套的涡流损耗系数分别处于0.00094–0.03625和0.00719–0.1951之间。基于有限元方法和IEC标准计算得出的涡流损耗系数之间的差异在?6.398%到5.302%之间，说明两者吻合度非常高。