孫井波

摘要：為了避免10kV配電線在現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)中觸電事故，必須使用絕緣毛毯和其他絕緣屏蔽工具來(lái)復(fù)蓋現(xiàn)場(chǎng)主體。溫度流場(chǎng)耦合法用于模擬10kV分布線實(shí)時(shí)工作中絕熱材料的溫升和散熱過(guò)程，分析絕熱材料的材料、長(zhǎng)度、厚度、風(fēng)速和日照強(qiáng)度對(duì)絕熱材料溫度分布的影響。結(jié)果表明，在相同條件下，樹(shù)脂隔熱材料毯的溫度上升低于橡膠隔熱材料毯的溫度上升，隨著隔熱材料厚度的降低和風(fēng)速的增加，遮光材料的厚度下降和風(fēng)速的增加達(dá)到一定程度，日照強(qiáng)度上升100W/m2時(shí)，橡膠和樹(shù)脂絕緣材料的溫度分別上升約0.9K和0.8K 樹(shù)脂絕緣毯的散熱性能良好，但由于熔點(diǎn)低，在高溫負(fù)荷環(huán)境下應(yīng)避免樹(shù)脂絕緣毯的溫度過(guò)高。

關(guān)鍵詞：配電線路;帶電作業(yè);遮蔽用具;絕緣毯;溫升

1絕緣毯溫升特性分析

為了計(jì)算絕熱材料的溫升，假設(shè)材料為各向同性，材料參數(shù)恒定，絕熱材料形狀有序，無(wú)嚴(yán)重?cái)D壓變形，卷起時(shí)絕熱材料的毯和導(dǎo)體之間無(wú)間隙。

1.1計(jì)算模型和模擬參數(shù)設(shè)定

1.1.1絕熱層的材料參數(shù)

在實(shí)際的現(xiàn)場(chǎng)工作過(guò)程中，絕緣毯子主要用于包裹高壓線、絕緣弦和橫臂。橡膠及樹(shù)脂絕緣毯的參數(shù)如表1所示。橡膠絕緣毯具有高溫電阻和良好的電氣性能特性，樹(shù)脂絕緣毯具有更好的散熱性能，但具有較弱的耐高溫性。

1.1.2雙絞線模型的簡(jiǎn)單化

考慮到螺紋線模型復(fù)雜，螺紋線的徑向溫度基本相同，為了減少計(jì)算量，鋼制鋁雙絞線等同于單根線。同等方法簡(jiǎn)化為半徑5.6mm、功率密度42399 W/m3的單一導(dǎo)體，使導(dǎo)體的單位長(zhǎng)度及導(dǎo)體的有效散熱面積基本不發(fā)生變化。單一導(dǎo)體的半徑溫度基本相同，導(dǎo)體的溫度上升與原螺紋線模型的溫度上升相比約為5.1k，它們之差僅為2%，這說(shuō)明簡(jiǎn)單的方法是可行的。

1.1.3導(dǎo)體長(zhǎng)度和外周半徑的選擇

在計(jì)算過(guò)程中，為了提高計(jì)算結(jié)果的精度，需要盡量增大導(dǎo)體的長(zhǎng)度和空氣的外側(cè)邊界尺寸，但也會(huì)導(dǎo)致計(jì)算量的增加。因此，在確保計(jì)算結(jié)果精度的條件下，必須縮小線長(zhǎng)和空氣外部邊界尺寸。隔熱材料的包框簡(jiǎn)化為相同厚度的圓形環(huán)，其長(zhǎng)度和厚度分別為1500毫米和10毫米。導(dǎo)體和外側(cè)邊界層兩端的截面分別設(shè)定為絕熱邊界條件和開(kāi)放邊界條件，環(huán)境溫度為295kK。用絕緣毛毯包著的一部分導(dǎo)線的溫度上升，只比表示導(dǎo)線的熱傳導(dǎo)率良好、整體溫度差小的裸線高約4 K。距離中心點(diǎn)o的距離超過(guò)1500mm時(shí)，導(dǎo)體的溫度上升緩慢下降，容易變得平坦，變化均在0.2K以內(nèi)，振幅約為1%左右。因此，l為1500mm時(shí)，可以滿足計(jì)算要求。

空氣外側(cè)邊界半徑為800、1500、2000、2500和3000mm時(shí)，隨著r的增加，隔熱材料的溫度上升逐漸降低，但減少范圍逐漸減小。r為2500mm和3000mm時(shí)，隔熱材料毯的溫度上升不同0.7%，即r超過(guò)2500mm時(shí)，外側(cè)的邊界尺寸對(duì)隔熱材料的溫度上升幾乎沒(méi)有影響。因此，當(dāng)邊界半徑在額定載荷下為2500mm時(shí)，可以滿足計(jì)算精度。

額定載荷下隔熱材料毛毯的1.2溫度上升分布隔熱材料的毛毯長(zhǎng)1500mm，導(dǎo)體3000mm，外緣半徑2500mm。隔熱材料由橡膠和樹(shù)脂制成，有效電流值為266A。不考慮日照強(qiáng)度和風(fēng)速的影響。隔熱材料毯的表面溫度上升范圍約為10～15K，整體表面溫度上升差較小，但橡膠絕緣毯的最高溫度上升受熱對(duì)流的影響，比樹(shù)脂絕緣毛毯高22.6%，兩種材料的隔熱材料上部表面的溫度上升約比下面高4K。

接觸電線的橡膠和樹(shù)脂絕緣材料的毛毯的溫度上升分別為32.5 k和26.5 k。由于絕熱材料的熱傳導(dǎo)率差，橡膠和樹(shù)脂絕緣毯的內(nèi)表面和外表面的溫度差接近21、15K，但橡膠的熱傳導(dǎo)率比樹(shù)脂低，橡膠絕熱毯的熱傳導(dǎo)率惡化，整體的溫度上升和放射狀溫度梯度比樹(shù)脂絕熱材料高。

2影響隔熱材料溫度上升的因素分析

2.1隔熱材料的厚度和長(zhǎng)度的影響

調(diào)查了絕熱材料的包材厚度對(duì)溫度上升的影響，計(jì)算了具有2、4、6、8、10mm搭接厚度的橡膠和樹(shù)脂絕緣毛毯的溫度上升。在計(jì)算過(guò)程中，導(dǎo)體電流的有效值為266A，不考慮風(fēng)速和日照的影響，得到絕熱材料的最大溫度上升和封裝厚度的關(guān)系。最大溫度上升隨著封裝厚度的增加而上升，平均增長(zhǎng)率分別約為1.3k/mm和1.6 K /mm。卷板厚從2mm增加到10mm時(shí)，橡膠和樹(shù)脂絕緣毛毯的最高溫度上升分別上升約25.0%和15.6%，橡膠絕緣毛毯的最高溫度上升會(huì)隨卷厚而變化。橡膠毯的最大溫度上升方面，涂裝厚度為2mm時(shí)比樹(shù)脂毯高2.3k，涂層厚度為10mm時(shí)比樹(shù)脂毯高6.3k。可以看出，隨著封裝厚度的增加，兩個(gè)絕熱材料之間的最大溫度差有增加的趨勢(shì)。在確保絕緣強(qiáng)度的條件下，應(yīng)該盡可能減少絕熱毛毯的包裹厚度。

通過(guò)模擬絕熱材料長(zhǎng)度的影響，可知絕熱材料的毛毯長(zhǎng)度為700～1500mm時(shí)，絕熱材料的整體溫度上升不發(fā)生較大變化，屏蔽長(zhǎng)度的工作模式不到700mm時(shí)不常見(jiàn)，因此絕緣毛毯的長(zhǎng)度只需要滿足絕緣條件 多個(gè)絕緣毛毯包裹電線時(shí)，絕緣毛毯相互重疊部分要求在150mm以上，隔熱材料的卷起可能會(huì)影響散熱。為了調(diào)查絕熱材料重疊部分的溫度上升，計(jì)算了導(dǎo)體上2層絕熱毛毯創(chuàng)傷的溫度上升?！窀魺岵牧系陌b材料厚度為4mm，全長(zhǎng)為1750mm。重疊零件的長(zhǎng)度、厚度分別為150mm和8mm。計(jì)算后，橡膠和樹(shù)脂絕緣毛毯的最高溫度上升分別為29.9 k和25.2 k。與隔熱材料毛毯的重疊相比，橡膠和樹(shù)脂絕緣毛毯的最高溫度上升了3.3k和2k。因此，為了簡(jiǎn)化分析，這篇論文忽略了絕緣毛毯重疊的搭接，只考慮了單一絕熱材料的溫度上升特性。

2.2風(fēng)速的影響

風(fēng)速是影響絕熱材料風(fēng)流和溫度上升的重要因素，因此研究風(fēng)速對(duì)絕熱材料溫度上升的影響非常重要。在中國(guó)大部分地區(qū)，風(fēng)速在2米/秒到3米/秒[ 12 ]的范圍內(nèi)，因此風(fēng)速為2米/秒，風(fēng)向角為36.5。計(jì)算10mm封裝厚度的橡膠絕緣毛毯的溫度上升。風(fēng)速為2m/s時(shí)，橡膠和樹(shù)脂絕緣毯的最高溫度上升分別為28.6k和22.4k。與0m/s風(fēng)速比較，橡膠和樹(shù)脂絕緣毛毯的最高溫度上升分別減少13.6%和18.3%。

為了分析風(fēng)速對(duì)絕緣毛毯溫度上升的影響，分別計(jì)算了以3、4、5、6 m/s的風(fēng)速由不同材料制作的絕熱毛毯的溫度上升。隨著風(fēng)速的上升，兩種隔熱材料的溫度上升明顯減少，但風(fēng)速達(dá)到0～3m/s后逐漸減少，隔熱材料的溫度上升最快，風(fēng)速上升1m/s后隔熱材料的溫度上升約下降1k。

2.3日照度的影響

鑒于日照強(qiáng)度對(duì)隔熱層溫度上升的影響，表面力密度將應(yīng)用于日照面。將日照強(qiáng)度設(shè)定為1000瓦/平方米，橡膠和導(dǎo)體太陽(yáng)表面的計(jì)算日照力密度分別為293.0和91.0W/m2 .絕熱材料的溫度將上升約9。陽(yáng)光下5%9K，光照好的一側(cè)溫度明顯相差約12.8 K，比沙子多的一側(cè)要高。可以看出，陽(yáng)光對(duì)隔熱材料的溫度上升產(chǎn)生了很大的影響。

為了分析日照強(qiáng)度變化對(duì)絕熱材料溫度上升的影響，選擇了500、1500、2000、2500 w/m 2的日照強(qiáng)度范圍作為參考文獻(xiàn)：[8]，分析了用具有日照強(qiáng)度的不同材料制作的絕熱材料毯的溫度上升的波動(dòng)規(guī)律。隔熱材料毯子的溫度上升隨著日照強(qiáng)度的增加而增加。日照強(qiáng)度上升100W/m2時(shí)，橡膠和樹(shù)脂隔熱材料毯的溫度分別上升了約0.9K、0.8K。與不考慮日照強(qiáng)度相比，達(dá)到日照強(qiáng)度時(shí)

2500 W/m2時(shí)，橡膠和樹(shù)脂絕緣材料毯的溫度上升了68.3%和71.2%。可知在夏天的高溫環(huán)境下，隔熱材料的溫度上升很高。

3結(jié)束語(yǔ)

a .額定負(fù)荷下，橡膠和樹(shù)脂絕緣毛毯的最大溫度上升分別為32.5 k和26.5 k，絕熱毛毯內(nèi)側(cè)和外側(cè)表面的溫差分別達(dá)到21 k和15k。橡膠絕緣毯的整體溫度上升和放射狀溫度梯度比樹(shù)脂隔熱毯的高。

b 絕熱材料的溫度隨著包裝厚度的增加而增加，橡膠絕緣毯子和樹(shù)脂絕緣毯子的溫度上升率分別為1.3和1.6 K /mm的厚度。風(fēng)速可以促進(jìn)隔熱材料毯子的散熱。風(fēng)速為6m/s時(shí)，隔熱材料的溫度上升可以降低約8k。

c .隨著日照強(qiáng)度的增加，隔熱材料的溫度大幅上升。日照強(qiáng)度上升100W/m2時(shí)，橡膠和樹(shù)脂絕緣毯的溫度分別增加了約0.9和0.8k。陽(yáng)光是引起隔熱材料高溫的主要因素之一。因此，夏天處于高溫和重載下時(shí)，需要注意絕熱材料的溫度上升。

參考文獻(xiàn)：

[1]張海勝.帶負(fù)荷10kV配電線路更換隔離開(kāi)關(guān)作業(yè)的探討與實(shí)施[D].天津：天津大學(xué)，2010.

[2]郝旭東，梁東，高校維，等.帶電作業(yè)絕緣防護(hù)用品的研究[J].電力安全技術(shù)，2011，13（7）：41-42.

[3]楊曉翔，張召亮.配網(wǎng)帶電作業(yè)中絕緣遮蔽罩的應(yīng)用和優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].水電能源科學(xué)，2012，30（11）：181-183.

[4]戴沅，聶聳，程養(yǎng)春，等.輸電線路動(dòng)態(tài)增容載流量計(jì)算模型綜述[J].廣東電力，2010，25（11）：51-56.