МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ НЕСТАЦИОНАРНОЙ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ, ПРОЛОЖЕННЫХ В ЗЕМЛЕ
В настоящее время при производстве высоковольтных кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена на поверхности экранов, как правило, монтируют оптоволоконные температурные датчики, которые используются для мониторинга кабельных линий в режиме реального времени в процессе их эксплуатации. При этом определение теплового состояния кабельной линии по температуре оптического волокна возможно только с использованием математической модели нестационарной теплопроводности в условиях изменяющейся токовой нагрузки. Цель исследования: создание математической модели для расчета и прогнозирования температуры жил кабельных линий на основе данных о параметрах окружающей среды, конструкции кабельной линии, а также температуре в экранах, полученной путем измерения. Результаты: исследования проводятся на примере трехфазной высоковольтной кабельной линии, проложенной в земле и состоящей из трех одножильных кабелей с медными токопроводящими жилами с изоляцией из сшитого полиэтилена. Рассматриваются три способа прокладки кабельной линии: в горизонтальной плоскости на расстоянии в свету, равном диаметру кабеля; в горизонтальной плоскости вплотную; треугольником. Предлагается двухмерная математическая модель нестационарной теплопроводности, численная реализация которой осуществляется в программном комплексе Ansys Fluent. Вначале в результате решения задачи стационарной теплопроводности по величине длительно допустимой температуры для изоляции из сшитого полиэтилена определяется номинальная токовая нагрузка. В качестве начального условия при решении задачи нестационарной теплопроводности используется температурное поле, полученное при токе, равном 70 % от номинального. Далее ток в кабельной линии изменяется ступенчато в диапазоне от 150 % от номинального до 70 % и обратно. В процессе численных исследований оценивается время достижения максимальной температуры до заданных уровней и определяется изменение перепада температур между токопроводящей жилой и экраном. Практическая значимость: данная математическая модель может быть использована для оценки температурных режимов высоковольтных кабельных линий, имеющих оптоволоконные температурные датчики.