Математическая модель нагрева токопроводящей жилы силового кабеля для учета электротепловых процессов в цифровых двойниках кабельных линий
Автор: Колесников Иван Евгеньевич, Горшков Константин Евгеньевич, Коржов Антон Вениаминович
Журнал: Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика @vestnik-susu-power
Рубрика: Электроэнергетика
Статья в выпуске: 4 т.22, 2022 года.
Бесплатный доступ
В статье рассматриваются вопросы реализации диагностики и мониторинга состояния силовой части и изоляции высоковольтных кабельных линий в реальном времени с помощью цифровых двойников. Определены проблемы теплового учета и особенности моделирования электротепловых процессов нагрева в силовых кабелях. Предложена математическая электротепловая модель силового кабеля для цифрового двойника кабельной линии, основанная на разложении его динамического теплового сопротивления на сумму экспоненциальных составляющих, позволяющая реализовать расчет мгновенных значений температуры нагрева токопроводящей жилы кабеля в реальном времени при незначительных объемах вычислений на интервале дискретизации расчета. Приведены результаты расчета с помощью модели температуры нагрева одножильного силового кабеля при трехфазном коротком замыкании в сети.
Цифровой двойник, кабельная линия, температура нагрева, математическая электротепловая модель, динамическое тепловое сопротивление
Короткий адрес: https://sciup.org/147239558
IDR: 147239558 | DOI: 10.14529/power220401
Список литературы Математическая модель нагрева токопроводящей жилы силового кабеля для учета электротепловых процессов в цифровых двойниках кабельных линий
- Царев М.В., Андреев Ю.С. Цифровые двойники в промышленности: история развития, классификация, технологии, сценарии использования // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. 2021. № 64 (7). С. 517-531. DOI: 10.17586/0021-3454-2021-64-7-517-531
- Uhlemann T. H-J., Steinhilper C.L., Steinhilper R. The Digital Twin: Realizing the Cyber-Physical Production System for Industry 4.0 // Procedia CIRP. 2017. Vol. 61. P. 335-340. DOI: 10.1016/j. procir.2016.11.152
- Boschert S., Rosen R. Digital Twin - The Simulation Aspect // Mechatronic Futures. Springer International Publishing. 2016. P. 59-74. DOI: 10.1007/978-3- 319-32156-1_5
- Tao F., Zhang J. Digital twin workshop: a new paradigm for future workshop // Computer Integrated Manufacturing Systems. 2017. Vol. 23. P. 1141-1153. DOI: 10.13196/j.cims.2017.01.001
- Zheng Y., Yang S., Cheng H. An application framework of digital twin and its case study // Journal of Ambient Intelligence and Humanized Computing. 2018. Vol. 10. P. 1141-1153. DOI: 10.1007/s12652-018-0911-3
- Bolton R.N. Customer experience challenges: bringing together digital, physical and social realms // Journal of Service Management. 2018. Vol. 29. P. 776-808. DOI: 10.1108/JOSM-04-2018-0113
- Khalyasma A., Eroshenko S., Shatunova D. et al. Digital twin technology as an instrument for increasing electrical equipment reliability // 4th International Conference on Reliability Engineering (ICRE 2019). 2019. Vol. 836. P. 1-5. DOI: 10.1088/1757-899X/836/1/012005
- Васильев А.Н., Тархов Д.А., Малыхина Г.Ф. Методы создания цифровых двойников на основе ней-росетевого моделирования // Современные информационные технологии и ИТ-образование. 2018. Т. 14, № 3. С. 521-532. DOI: 10.25559/SITITO.14.201803.521-532
- Pang B., Zhu B., Wang S., Li R. On-line monitoring method for long distance power cable // IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation. 2016. Vol. 23. P. 70-76. DOI: 10.1109/TDEI.2015.004995
- Пономарев Н. В. Анализ методов диагностики состояния силовых высоковольтных кабельных линий // Вестник Кузбасского государственного технического университета. 2012. № 5 (93). С. 68-71.
- Опыт применения термического анализа для изучения теплопроводности полимерных материалов для кабельных изделий / А.Н. Горобец, А.А. Крючков, В.Л. Овсиенко и др. // Кабели и провода. 2013. № 5 (342). С. 16-18.
- ГОСТ Р МЭК 60287-1-3-2009. Кабели электрические. Расчет номинальной токовой нагрузки. Часть 1-3. Уравнения для расчета номинальной токовой нагрузки (100 % - коэффициент нагрузки) и расчет потерь. Распределение тока между одножильными кабелями, расположенными параллельно, и расчет потерь, обусловленных циркулирующими токами. М.: Стандартинформ, 2010. 20 с.
- ГОСТ Р МЭК 60287-2-1-2009. Кабели электрические. Расчет номинальной токовой нагрузки. Часть 2-1. Тепловое сопротивление. Расчет теплового сопротивления. М.: Стандартинформ, 2010. 36 с.
- Neher J.H., McGtath M.H. The Calculation of the Temperature Rise and Load Capability of Cable Systems // AIEE Transactions. 1957. Vol. 76. P. 755-772. DOI: 10.1109/AIEEPAS.1957.4499653
- Kolesnikov I.E., Korzhov A.V., Gorshkov K.E. A Digital Model for Evaluating the Thermal Behavior of Power Cable Couplings // Proceedings 2020 Global Smart Industry Conference (GloSIC). 2020. P. 309-314. DOI: 10.1109/GloSIC50886.2020.9267881
- Van Wormer F.C. An Improved Approximate Technique for Calculating Cable Temperature Transients // Trans. Amer. Inst. Elect. Engrs. 1955. Vol. 74, part 3. P. 277-280. DOI: 10.1109/AIEEPAS. 1955.4499079
- Расчет температурных полей и токовых нагрузок кабелей в ANSYS / Л.А. Ковригин, Н.А. Белкин, Р.А. Биянов и др. // Кабель-news. 2009. № 4. С. 91-95.
- Построение модели цифрового двойника подземного электрического кабеля: тепловая часть задачи / Ю.Д. Кутумов, В.Е. Мизонов, А.И. Тихонов, Т.Ю. Шадрикова // Вестник Ивановского государственного энергетического университета. 2021. № 3. C. 59-65. DOI: 10.17588/2072-2672.2021.3.059-065
- Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2012617384. Zth-Appro-ximation / К.Е. Горшков, М.Е. Гольдштейн. Заявл. 22.06.2012; зарег. 16.08.2012; опубл. 20.12.2012; Бюл. Роспатента RU ОБПБТ № 4 (81). С. 333.
