地下通信电缆外套金属管道与附近铺设屏蔽线屏蔽效果的比较

提出了一种同时考虑感性耦合和阻性耦合时的地下导体电磁屏蔽的计算模型,利用该模型进行了地下金属管道对其内通信电缆和屏蔽线对其附近通信电缆的电磁屏蔽计算。计算结果表明,不仅从感性耦合的屏蔽效果考虑,则金属管道和屏蔽线对地下通信电缆屏蔽保护效果基本相同;从阻性耦合影响和对防雷影响的屏蔽效果考虑,则套装金属管道的效果要优于敷设屏蔽线。     

地下管线对通信电缆的屏蔽效应计算方法

提出了一种同时考虑感性耦合和阻性耦合时的地下管线对通信电缆的电磁屏蔽模型,以管线节点电流代替管线单元电流进行插值,改进了传统电磁屏蔽效应计算方法,在此基础上,进行了地下管线对地下通信电缆的电磁屏蔽系数计算,探讨了屏蔽保护的规律,计算结果表明,管线粗细和端接阻抗将明显影响屏蔽保护效果。     

屏蔽电缆参数计算及屏蔽层与芯线间的串扰

为分析线缆间的串扰问题,基于有限元软件ANSYS分析了屏蔽电缆周围的电磁场分布,通过计算导体所带电荷量以及磁链,求得了多导体传输线系统的电感电容矩阵。针对位于地面上方的屏蔽电缆系统提出了一种新的表示其传输线参数的模型,即以大地为参考导体,建立包括芯线、屏蔽层、大地的统一模型,计算其相应的传输线参数;运用所得屏蔽电缆的传输线参数,结合传输线时域有限差分(FDTD)法,仿真分析了屏蔽电缆屏蔽层中的电压、电流在电缆芯线中的耦合响应问题;基于实验室研究设备,对同轴电缆屏蔽层与芯线之间的耦合问题进行了实验测量,验证了理论研究的正确性。     

含短贯通导体的金属腔体电磁辐射耦合规律

为研究含短贯通导体金属腔体在平面波辐射条件下内部电磁耦合规律,利用电磁数值计算软件CST建立了含短贯通导体金属腔体电磁辐射耦合模型,研究了加载短贯通导体对开孔金属腔体内部屏蔽效能的影响。并基于GHz横电磁波室(gigahertz transverse electromagnetic cell,GTEM)搭建了含短贯通导体金属腔体电磁耦合实验平台,对数值计算结果进行了实验验证。同时分析了平面波辐射条件下贯通导体长度、贯通导体半径、贯通孔尺寸、电场极化方向等参数对内部电磁耦合的影响规律,揭示了短贯通导体引入电磁干扰的耦合机理。结果表明:当屏蔽效能为40 d B的开孔腔体加载短贯通导体后,腔体内部屏蔽效能明显下降,屏蔽效能最小值达到-15.29 d B;腔体外部裸露贯通导体长度增大3 cm,腔体的屏蔽效能降低约4 d B;腔体内部贯通导体长度主要影响腔体的谐振频点;贯通导体长度不变而内外部分长度变化时,腔体屏蔽效能和谐振频点均发生变化;贯通孔尺寸增大,导致腔体内部屏蔽效能下降;测试点距离贯通导体越远,屏蔽效果越好;贯通导体半径能够影响屏蔽效能和腔体谐振频点;腔体壁厚度每增加0.3 cm,谐振频率增大约8 MHz;平行于贯通导体的电场分量越大,腔体屏蔽效能越差。     

变电站屏蔽电缆端口的雷电感应电压计算方法

变电站内屏蔽电缆容易受到雷电干扰,严重时会造成端接设备损坏,有必要开展电缆端口的雷电感应电压计算研究。基于电磁骚扰的耦合路径分析,提出了依次求解电缆屏蔽层响应和电缆内部响应的耦合分析步骤。对于电缆屏蔽层响应,指出了基于地电位差的传导耦合分析方法和基于空间磁场的感应耦合方法的不足,提出了基于电磁散射理论的更一般的分析方法;对于电缆端口响应,提出了基于转移阻抗和转移导纳的分布激励源的传输线计算方法。通过典型算例,计算了屏蔽电缆单端接地和双端接地时端口雷电感应电压,计算结果表明电缆屏蔽双端接地比单端接地具有更好地雷电屏蔽效果。     

多芯屏蔽电缆的串扰分析

利用多导体传输线模型,建立变电站内多芯屏蔽控制电缆的串扰计算模型。针对实际多芯屏蔽电缆的绞合结构,提出了对多芯屏蔽电缆传输线模型的分布电容及电感参数的修正方法。对KVVRP-22型19芯屏蔽电缆进行了理论计算与试验测量,证明了方法的有效性,为准确分析多芯屏蔽电缆中电磁干扰的传播规律提供了工程计算方法。     

变电站开关操作对屏蔽电缆电磁干扰的预测

研究变电站瞬态电磁场对屏蔽电缆的电磁耦合问题，对于提高变电站内二次设备的抗电磁干扰能力具有极为重要的意义。文中将矩量法与传输线理论相结合，应用场线耦合理论计算变电站开关操作产生的空间电磁场对站内屏蔽电缆的电磁干扰。通过与国际上通用的电磁暂态计算程序EMTP的计算结果进行比较，验证了计算方法的正确性，同时克服了EMTP只能处理屏蔽电缆与母线平行放置的不足。最后，将该计算方法应用于500kV变电站开关操作时，在屏蔽层不同接地方式的屏蔽电缆上产生的电磁干扰的数值预测，获得了一些有益的结论，可为工程应用提供一定的理论依据。     

电磁场对屏蔽电缆耦合的研究现状及发展趋势

为了提高军用移动电站的电磁防护能力,需要研究电磁场对屏蔽电缆的影响,从而提高屏蔽电缆的电磁防护能力.总结了国内外在屏蔽电缆耦合电磁场问题方面的研究情况;介绍了常用的研究方法以及某些方法的最新发展;指出了电磁场对屏蔽电缆耦合问题的研究发展方向.     

低温绝缘（CD）高温超导电缆屏蔽层电流对超导电缆导体和屏蔽电流分布的影响

文中首次提出低温绝缘（CD）高温超导电缆在屏蔽层通过与导体电流相等的反向电流条件下,屏蔽层自感、屏蔽层层间互感、屏蔽层与导体间互感的计算式,以及CD绝缘高温超导电统屏蔽和导体电流均匀分布的设计计算方法。通过对几种典型的屏蔽和导体结构的CD绝缘高温超导电缆屏蔽电流和导体电流分布计算,分析研究屏蔽层电流对CD绝缘高温超导电缆的导体和屏蔽电流分布的影响,并推荐将文中提出的计算方法作为CD绝缘高温超导电缆导体和屏蔽结构的设计基础。完善的计算机程序已缟制完成,可作为实际应用。     

核电厂母线接地短路对二次电缆影响的研究

变电站发生母线接地短路故障时,会在屏蔽层双端接地的二次电缆屏蔽层上产生电位分布并在电缆与二次设备连接端口产生骚扰电压。通过CDEGS(Current Distribution,Electromagnetic Interference,Grounding and Soil Structure Analysis)建立了某核电厂的计算模型,基于矩量法计算了该核电厂GIL-GIS(Gas Insulated Transmission Line-Gas Insulated Substation)系统发生单相接地短路故障时二次电缆上产生的电磁骚扰,并分析了母线外壳的有无、外壳接地导体的数量以及短路点位置等相关因素对单相接地短路故障情况下二次电缆上的电磁骚扰的影响,得到了一些有益的结论。     

直埋金属管道对其内铠装通信电缆的电磁屏蔽计算

A universal model of telecommunication cable surrounded by the buried metal pipeline for calculating their current distribution and shielding effects is presented, which takes the inductive coupling and resistive coupling with each other in the presence of a uniform half space conductive medium(earth) into account. The model is based on the combination of the circuit theory and the electromagnetic field theory. By means of dividing the conductor element using a linear interpolation method, a discrete equation group is constructed to solve the current distribution and then calculate the shielding effect of the underground telecommunication cable system. In fact, the model developed can be generalized easily to solve the current distribution of the multi-conductor system. The validation of the model is verified by a practical problem case.     

计及轴向传热的中低压单芯电缆导体温升状态空间模型

电力电缆导体温度可为线路载流量及运行状态的评估提供依据。然而,在当前电缆温度计算中,导体的轴向温度分布通常被忽略,无法准确描述电缆运行的热动态过程。为此,基于热平衡原理,在状态空间内提出了计及轴向传热的中低压单芯电缆导体的温升模型。为克服模型参数难以确定的问题,提出了基于粒子群优化算法的电缆热路参数辨识方法。为验证模型精度,建立了电缆温升实验平台,在不同电流下对空气中敷设电缆进行了轴向温升实验。计算结果与实验结果的对比表明,当电缆存在轴向温度梯度时,所提状态空间模型结果精度高于IEC60287标准模型,能够满足中低压单芯电缆导体在不同电流条件下的轴向温升计算要求。     

A numerical study of the efficiency of a cylindrical electromagnetic shield

Electromagnetic shields are widely used for protecting electrical equipment and cable lines from the influence of natural and artificial electric and magnetic fields. A 3D mathematical model of a solid cylindrical shield for protection from the effect of an alternating electromagnetic field produced inside a cable has been proposed. The model has been constructed using the finite-element method in the ANSYS HFSS software. Two electromagnetic-field sources have been considered: noise in the inner conductor (cable core) and a coaxial circuit, in which the shield is an outer working conductor. The electromagnetic-field distribution over the cable is described by the Maxwell equations, which are transformed into the Helmholtz vector equation with respect to the electric-field component so that the finite-element method may be used. The electromagnetic parameters of the considered media are constant and isotropic. The shielding properties have been studied for a copper cylindrical shield in the frequency range of 1–100 MHz. As a result of the mathematical solution, the distributions of electromagnetic-field intensities in the model have been obtained. To determine the shielding properties of a cable, the transfer impedance and shielding attenuation have been used. The adequacy of the model and technique for determining the efficiency of the screening has been verified by means of comparison between the obtained data and results of the analytical model.     

220kV单芯交流电缆蛇形敷设下热机械效应有限元分析

为了获取蛇形敷设下220 kV单芯交流电缆发生热机械效应后的受力情况,利用有限元分析方法进行了建模和仿真。根据现场工况和电缆结构特点建立了相邻两个夹具之间的电缆二维模型,利用热机械耦合法分析了电缆在额定载流量下的温度分布和应力分布,并从数值上分析了不同位置处的应力情况。结果表明,电缆中间自由段部分的应力明显小于两端,铜导体和铝护套在端部的应力超过了它们的屈服强度,容易发生危险。此研究可为实际敷设和日常巡检提供理论和数据参考。     

基于有限元的破损屏蔽层转移阻抗仿真分析

针对飞机电缆屏蔽层破损会影响其屏蔽性能的问题,研究了薄壁管状屏蔽层和编织网状屏蔽层破损时的转移阻抗。首先,提出了低频并联等效模型,并根据不同的屏蔽层结构应用电磁耦合理论推导出破损屏蔽层的转移阻抗数学模型;然后,基于有限元方法将破损屏蔽层的三维几何模型在ANSYS HFSS中进行电磁场分析;最后,应用算例对比破损屏蔽层转移阻抗的仿真结果和理论计算结果,并分析不同破损因素影响转移阻抗的变化规律。文中结果表明,破损屏蔽层的转移阻抗与屏蔽层的结构、所处频率、破损半径等因素相关,具有一定的工程应用价值。     

隧道敷设条件下超高压电力电缆热-流场耦合分析

电缆载流量是电力电缆运行中的重要参数。为给敷设于隧道中的超高压电缆运行提供参考,文中根据实际电缆隧道结构和内部电缆排布方式,运用COMSOL Multiphysics仿真软件,建立电缆隧道三维几何模型,进行温度场和流体场的耦合仿真计算。采用有限元法,对不同运行方式和环境条件下的温度场和流体场分布规律进行分析,计算隧道敷设超高压电力电缆载流量。研究表明：最高温度出现在电缆导体处,温度沿着电缆径向逐渐降低,出口截面处的温度和风速相对入口截面处有所增大;随着电流负载增加,电缆发热对周围环境温度的影响也随之增加;双回路和4回路敷设时电缆稳态载流量高于8回路敷设时电缆稳态载流量;电缆表面温度随着通风速率的增加而逐渐减小。     

根据电缆表面温度推算导体温度的热路简化模型暂态误差分析

电力电缆运行中导体的温度是确定电缆是否达到载流量的依据,为分析热路简化模型计算电缆导体温度的精度,根据110 kV交联聚乙烯电缆各层温度的热路模型及其简化模型,借助Matlab软件推导出了基于电缆表面温度推算电缆导体温度的计算式,理论上演算了电缆热路完整模型与简化模型之间的误差,并给出该误差与所施加电流的函数关系。同时,设计了直埋电缆的暂态温升试验,根据实测表面温度数据利用简化模型计算了导体温度、绝缘层温度,对比分析了简化模型所计算的导体温度、绝缘层温度与实测导体温度、绝缘层温度之间的误差。结果表明,简化模型计算电缆导体温度与实测导体温度之间的误差在允许范围之内,可用于工程上基于电缆表面温度推算电缆导体温度。     

直流电缆负荷循环系统中温控介质轴向温度分布仿真研究

对交联聚乙烯绝缘直流电缆负荷循环系统的轴向温度分布进行了仿真研究,提出了流体流速、流体传热和固体传热耦合条件下对被试电缆绝缘层温度梯度进行控制的方案。运用COMSOL Multiphysics软件进行仿真,建立了二维轴对称仿真模型,得出水温、线芯导体温度和绝缘层温差轴向分布规律,指出当进水口和出水口水温温度差符合试验要求时,沿电缆长度各处线芯导体温度和绝缘层温差也将符合要求。     

几种避雷线屏蔽性能分析模型的计算探讨

为了分析比较当前工程上常用的几种具有代表性的输电线路避雷线屏蔽性能分析计算模型的特点,介绍了Whitehead’s EGM、Eriksson的改进电气几何模型、Rizk的先导传播模型的计算过程,并运用上述3种方法及我国现行的规程法对某220 kV输电线路在分别处于平原及斜山坡区域的条件下进行了计算,比较了各模型及我国现行规程所提供的经验公式法所得结果的差异。分析模型表明,绕击跳闸率随保护角的增大而增长速度越来越快,Rizk模型对绕击跳闸率的评估最佳,Eriksson模型对高度变化的敏感度最高且其结果最差,Wagner关于斜山坡外(内)侧的绕击率可由保护角加(减)坡角换算成平地线路计算结果对Whitehead模型近似成立,对Eriksson模型有夸大跳闸率的趋势。     

Reduction of stray currents and magnetic fields from single-phasepower distribution systems

This paper describes a simple, straightforward method for reducing stray currents and external magnetic fields from single-phase power distribution systems through the installation of a 1:1 current transformer. The current transformer magnetically couples the phase conductor and neutral conductors of a power cable, thereby forcing the return current to travel through the neutral rather than through other paths. Furthermore, if the phase conductor and neutral are sufficiently close together (preferably concentric), the magnetic field created by the return current in the neutral cancels the field created by the current from the phase conductor, thereby eliminating magnetic fields. This isolates the power cable from its environment while allowing it to remain solidly grounded. The current transformer may be applied to all sizes of power distribution systems, from underground residential distribution systems to wiring within buildings. This paper explains the theory behind this method, discusses possible practical applications of the method, and reports the results of a test installation by the City of Austin. These results show that the method can virtually eliminate stray currents and magnetic fields emanating from power distribution systems. However, more research should be done before the method is put into practice