(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210668676.2 (22)申请日 2022.06.14 (71)申请人 石家庄铁道大 学 地址 050043 河北省石家庄市北二环东路 17号 (72)发明人 余志强　郝云倩　孙晓云　杨轶轩　 石大城　蒋元朝　 (74)专利代理 机构 河北冀华知识产权代理有限 公司 13151 专利代理师 侯迎新 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06T 17/20(2006.01) G06F 30/10(2020.01) G06F 17/18(2006.01)G06F 113/16(2020.01) G06F 113/26(2020.01) (54)发明名称 一种基于电场和温度场分布的三维电缆接 头缺陷的分析方法和装置 (57)摘要 本发明公开了一种基于电场和温度场分布 的三维电缆接头缺陷的分析方法和装置， 包括建 立电缆接头的静电场计算模型、 温度场计算模型 以及电缆接头几何模型； 在电缆接头几何模型三 处复合界面添加缺陷， 以获得无缺陷以及有缺陷 的电场和温度场分布图； 穿过缺陷沿电缆接头径 向和轴向画出一条截线， 得到电缆接头无缺陷以 及有缺陷时在三处复合界面上的径向和轴向的 电场、 温度场分布线图。 本发明能够模拟和分析 真实的电缆接头出现缺陷的运行情况， 可以更好 判断电缆接 头的缺陷类型和位置 。 权利要求书5页 说明书13页 附图14页 CN 115017772 A 2022.09.06 CN 115017772 A 1.一种基于电场和温度场分布的三维电缆接头缺陷的分析方法， 其特征在于， 包括： 建 立电缆接头的静电场计算模型、 温度场计算模型以及电缆接头几何模 型， 其中， 所述静电场 计算模型表达式为： 所述温度场计算模型表达式为： 所述电缆接头几何模型为包括电缆线芯、 XLPE主绝缘层、 接头连接管、 缠绕带、 半导体 层、 应力锥半导体层、 铜屏蔽层以及硅 橡胶绝缘层结构 构建出的三维几何体模型； 确定所述电缆接头几何模型各层材料的材料参数， 建立当前材料参数下的10kV电缆接 头静电场模型以及电缆接头温度场模型， 同时对电缆接头几何模型设置网格剖分参数进 行 网格剖分； 在电缆接头几何模型的缠绕带/硅橡胶绝缘层、 XLPE主绝缘层/硅橡胶绝缘层以及应力 锥半导体层/硅橡胶绝缘层三处复合界面均添加 导电微粒、 空气以及受潮缺陷以构建电缆 接头缺陷模型， 并通过求解器对上述三处复合界面的缺陷进行有限元计算， 得到电缆接头 无缺陷时以及电缆接头含导电微粒、 空气以及受潮缺陷时三处复合界面的电场和温度场分 布图； 穿过缺陷沿电缆接头径向和轴向画出一条截线， 得到电缆接头无缺陷时以及电缆接头 含导电微粒、 空气以及受潮缺陷时在三处复合界面上 的径向和轴向的电场、 温度场分布线 图。 2.根据权利要求1所述的基于电场和温度场分布的三维电缆接头缺陷的分析方法， 其 特征在于： 所述电缆接 头几何模型 各层材料的结构参数如下表所示： 所述电缆接 头几何模型 各层材料的材料参数如下表所示：权　利　要　求　书 1/5 页 2 CN 115017772 A 23.根据权利要求2所述的基于电场和温度场分布的三维电缆接头缺陷的分析方法， 其 特征在于， 所述建立当前材料参数下的10kV电缆接头 静电场模型以及电缆接头温度场模型 包括： 建立10kV电缆接头静电场模型包括： 在电缆线芯上施加13.5kV电压， 铜屏蔽层施加零 电位； 建立电缆接头温度场模型包括： 设置空气对流换热系数为10W/(m2·K)， 环境温度为 20℃， 施加载流 量为454A； 所述对电缆接头几何模型设置网格剖分参数进行网格剖分包括： 将大区域细分， 网格 划分序列类型采用物理场控制网格， 并将网格单 元大小设置为超细化。 4.根据权利要求1所述的基于电场和温度场分布的三维电缆接头缺陷的分析方法， 其 特征在于， 所述构建电缆接头缺陷模型包括： 在电缆接头几何模型的缠绕带/硅橡胶绝缘 层、 XLPE主绝缘层/硅橡胶绝缘层以及应力锥半导体层/硅橡胶绝缘层三处复合界面均添加 导电微粒、 空气以及受潮缺陷， 各缺陷模 型尺寸为1mm×1mm×1mm的正方体， 其中， 导电微粒 包括金属颗粒和半导体颗粒， 所述金属颗粒、 半导体颗粒、 空气以及受潮缺陷的材料参数如 下表所示： 所述求解器包括稳态求解器以及频域 ‑稳态求解器， 其中， 所述稳态求解器用于求解电 缆接头无缺陷时以及电缆接头含导电微粒、 空气以及水分缺陷时三处复合界面的电场的分 布图； 所述频域 ‑稳态求解器用于求解电缆接头无缺陷时以及电缆接头含导电微粒、 空气以 及受潮缺陷时三处复合界面的温度场的分布图。 5.一种基于电场和温度场分布的三维电缆接头缺陷的分析装置， 其特征在于， 包括： 前 处理模块： 被配置为建立电缆接头的静电场计算模型、 温度场计算模型以及电缆接头几何 模型， 其中， 所述静电场计算模型表达式为： 权　利　要　求　书 2/5 页 3 CN 115017772 A 3