МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ НАГРЕВА  ТОКОПРОВОДЯЩЕЙ ЖИЛЫ СИЛОВОГО КАБЕЛЯ  ДЛЯ УЧЕТА ЭЛЕКТРОТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ  В ЦИФРОВЫХ ДВОЙНИКАХ КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ

И.Е. Колесников; К.Е. Горшков; А.В. Коржов

doi:10.14529/power220401

Авторы

И.Е. Колесников Южно-Уральский государственный университет, Челябинск, Россия
К.Е. Горшков Южно-Уральский государственный университет, Челябинск, Россия
А.В. Коржов Южно-Уральский государственный университет, Челябинск, Россия

DOI:

https://doi.org/10.14529/power220401

Ключевые слова:

цифровой двойник, температура нагрева, кабельная линия, математическая электротепловая модель, динамическое тепловое сопротивление

Аннотация

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.

Скачивания

Данные скачивания пока недоступны.

Библиографические ссылки

Царев М.В., Андреев Ю.С. Цифровые двойники в промышленности: история развития, классифика-ция, 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 Produc-tion 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 Ma-nufacturing 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 Am-bient 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 нейросетевого 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 Tran-sactions 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 ли-ний // 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 рас-чет 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 Sys-tems // 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 зада-чи / 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.