【原创】基于ANSYS APDL的通电电缆的电-热场耦合分析

本文对电缆的电热场进行分析，通过ANSYS APDL建模分析，准确模拟了电缆的电热场分布，对工程实践有指导意义。

1 序言

110k V 及其以上电压等级的电力电缆，作为电力系统中重要的输电设备，其安全运行对电力系统非常重要。一旦电力电缆发生故障，不仅会产生巨大的经济损失，同时还会产生大面积的停电，造成严重社会影响。由于运行中的线路过负荷导致电缆过热受损，由于线路敷设环境造成电缆护层化学腐蚀和电解腐蚀，由于海缆铠装、护套材料造成的电磁场导致绝缘受损等。这些缺陷在电缆线路运行中逐渐发展，直接威胁电网供电的可靠性。如何提高海底电力电缆运行安全性，是保障电力系统可靠供电至关重要的一个环节。

2 模型参数

为电缆的导体由多股导线绞合而成，所以导体表面不光滑会导致导体周围电场分布不均匀，所以实际上电缆导体外会存在半导体屏蔽层，作用是均衡导体表面的电场。同理，电缆三相也是绞合的，为了均衡其表面电场，在主绝缘外也会存在一层半导体屏蔽层。在这里，我们把模型理想化，导体仅由一根粗导线组成，因此表面是光滑的，同时电缆三相在一段距离里，近似没有换位，而是平行的。

材料：丁苯橡胶（绝缘）   聚丙烯 （填充）   铜芯（紫铜）  氯丁橡胶（护套）  电缆

边界：通过电流90A   电缆长度 23mm  外部温度7℃

图电缆模型和材料

图有限元模型

3 结果分析

电缆在满负荷正常运行时，电缆内部最高温度为 79.9℃，最高电场强度为13.7MV/m。根据运行经验，电缆正常运行时内部最高不会超过90℃，电场强度不会超过 35MV/m，因此，此时电缆工作正常。

图温度场云图

图电场强度

图电势分布

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