Coupled Electrical and Thermal Analysis of Power Cables Using Finite Element Method

Abstract

Les calculs en analyse thermique sont généralement effectués en utilisant uniquement les conditions de température limite, la géométrie et les informations sur les matériaux. En raison de la difficulté d'identification et de mise en œuvre du problème, les analyses prenant en compte les effets des paramètres électriques sur la température ou les effets de la température sur les paramètres électriques sont effectuées très rarement (Kovac et al.Dans cette section, les mécanismes de perte et de chauffage ont été évalués ensemble et la capacité de transport de courant a été définie sur la base de cette relation. Dans les méthodes numériques et en particulier dans les analyses singulières en utilisant la méthode des éléments finis, les sources de chaleur des câbles sont entrées dans l'analyse en tant que valeurs fixes. Après avoir défini la région et les conditions limites, la distribution de température est calculée. Cependant, ces pertes ne sont pas constantes dans la réalité. L'évaluation des facteurs de perte et de chauffage permet simultanément de modéliser les câbles d'alimentation plus près de la réalité. Dans cette section, l'utilisation d'un modèle combiné électrique-thermique pour déterminer la distribution de température et par conséquent la capacité de transport de courant des câbles et la solution avec la méthode des éléments finis est donnée. Plus tard, les facteurs environnementaux affectant la distribution de température ont été inclus dans le modèle et l'effet de ces facteurs sur la capacité de transport de courant des câbles a été étudié.Los cálculos en el análisis térmico se realizan generalmente utilizando solo las condiciones de temperatura límite, la geometría y la información del material. Debido a la dificultad en la identificación e implementación del problema, los análisis que tienen en cuenta los efectos de los parámetros eléctricos sobre la temperatura o los efectos de la temperatura sobre los parámetros eléctricos se realizan muy raramente (Kovac et al., 2006).En esta sección, los mecanismos de pérdida y calentamiento se evaluaron juntos y la capacidad de carga de corriente se definió en función de esta relación. En los métodos numéricos y especialmente en los análisis singulares mediante el uso del método de elementos finitos, las fuentes de calor de los cables se ingresan al análisis como valores fijos. Después de definir la región y las condiciones de contorno, se calcula la distribución de la temperatura. Sin embargo, estas pérdidas no son constantes en la realidad. La evaluación de los factores de pérdida y calentamiento permite simultáneamente el modelado de los cables de alimentación más cercanos a la realidad. En esta sección, se da el uso del modelo combinado eléctrico-térmico para determinar la distribución de la temperatura y, en consecuencia, la capacidad de carga de corriente de los cables y la solución con el método de elementos finitos. Más adelante, se han incluido en el modelo los factores ambientales que afectan la distribución de la temperatura y se ha estudiado el efecto de estos factores en la capacidad de carga de corriente de los cables.Calculations in thermal analysis are made usually by using only boundary temperature conditions, geometry, and material information.Because of difficulty in identification and implementation of the problem, analyses taking into account the effects of electrical parameters on temperature or the effects of temperature on electrical parameters are performed very rare (Kovac et al., 2006).In this section, loss and heating mechanisms were evaluated together and current carrying capacity was defined based on this relationship.In numerical methods and especially in singular analyses by using the finite element method, heat sources of cables are entered to the analysis as fixed values.After defining the region and boundary conditions, temperature distribution is calculated.However, these losses are not constant in reality.Evaluation of loss and heating factors simultaneously allows the modeling of power cables closer to the reality.In this section, use of electric-thermal combined model to determine temperature distribution and consequently current carrying capacity of cables and the solution with the finite element method is given.Later, environmental factors affecting the temperature distribution has been included in the model and the effect of these factors to current carrying capacity of the cables has been studied.عادة ما يتم إجراء الحسابات في التحليل الحراري باستخدام ظروف درجة حرارة الحدود والهندسة ومعلومات المواد فقط. نظرًا لصعوبة تحديد المشكلة وتنفيذها، يتم إجراء تحليلات تأخذ في الاعتبار تأثيرات المعلمات الكهربائية على درجة الحرارة أو تأثيرات درجة الحرارة على المعلمات الكهربائية نادرة جدًا (كوفاك وآخرون.، 2006). في هذا القسم، تم تقييم آليات الخسارة والتدفئة معًا وتم تحديد القدرة الاستيعابية الحالية بناءً على هذه العلاقة. في الطرق العددية وخاصة في التحليلات الفردية باستخدام طريقة العناصر المحدودة، يتم إدخال مصادر الحرارة للكابلات في التحليل كقيم ثابتة. بعد تحديد المنطقة وظروف الحدود، يتم حساب توزيع درجة الحرارة. ومع ذلك، فإن هذه الخسائر ليست ثابتة في الواقع. يسمح تقييم عوامل الخسارة والتدفئة في وقت واحد بنمذجة كابلات الطاقة بشكل أقرب إلى الواقع. في هذا القسم، يتم استخدام النموذج الكهربائي الحراري المدمج لتحديد توزيع درجة الحرارة وبالتالي القدرة الاستيعابية الحالية للكابلات ويتم إعطاء المحلول باستخدام طريقة العناصر المحدودة. في وقت لاحق، تم تضمين العوامل البيئية التي تؤثر على توزيع درجة الحرارة في النموذج وتم دراسة تأثير هذه العوامل على القدرة الاستيعابية الحالية للكابلات.