本發明屬于電力電纜，涉及一種高溫下電纜附件和本體間界面壓力的計算方法與相關裝置。

背景技術：

1、電纜附件既是電纜系統中的重要組成部分，也是電纜系統中的薄弱環節。據統計，約70％的電纜系統早期故障都來源于電纜附件和電纜本體之間界面處的故障。而足夠的界面壓力是保證電纜附件安全運行的關鍵。現有的對電纜附件界面壓力的計算、測量和仿真大多聚焦于其常溫下的變化情況。然而，實際運行過程中，由于電纜附件系統受到電流焦耳熱的影響，其溫度高于環境溫度，這會在很大程度上影響電纜附件和電纜本體之間的界面壓力，使其偏離常溫下的預測和測量值。

2、對高溫下電纜附件和本體之間界面壓力的研究，目前主要集中在有限元仿真和離線測量領域。有限元仿真法是較為常用的求取高溫下電纜附件界面壓力的方法，其通過測量電纜附件在不同溫度下的相關性能參數，將其代入有限元軟件，計算出此時的界面壓力作為高溫下電纜附件界面壓力的取值，這種方法的有效性和準確度有待考量。除此之外，在電纜附件和電纜本體之間安裝薄膜壓力傳感器，并在高溫下進行測量，也是研究高溫下界面壓力特性的方法之一。但這種方法安裝比較困難，且破壞了電纜附件和電纜本體之間的緊貼結構，高溫下薄膜傳感器的準確性也有待考量。

3、總之，目前對于高溫下界面壓力的研究，有限元分析法的結果存在不可靠性，且對高溫下電纜附件和電纜本體之間的界面壓力變化趨勢眾說紛紜，目前尚無定論；而薄膜壓阻測量法則破壞了電纜附件和電纜本體之間絕緣界面的緊密貼附性，只能應用于新產品的面壓設計和離線研究，無法真正應用于工況下的界面壓力測量。因此，亟待開發一種能夠準確計算高溫下界面壓力的方法，以便更準確地預測工況電纜附件的界面壓力數值和變化趨勢，確保電纜附件系統的安全穩定運行。

技術實現思路

1、本發明的目的在于提供一種高溫下電纜附件和本體間界面壓力的計算方法與相關裝置，以解決現有技術難以準確計算高溫下電纜附件和電纜本體之間界面壓力的技術問題。

2、為達到上述目的，本發明采用以下技術方案予以實現：

3、第一方面，本發明提供一種高溫下電纜附件和本體間界面壓力的計算方法，包括以下步驟：

4、獲取電纜附件裝配前后的環境溫度、內徑和外徑，以及電纜附件絕緣材料的相關參數；

5、通過所述電纜附件裝配前后的環境溫度、內徑和外徑，以及電纜附件絕緣材料的相關參數，計算熱膨脹效應引起的界面壓力變化；

6、獲取gough-joule效應系數δ，并結合電纜附件裝配前后的環境溫度、內徑和電纜附件絕緣材料的相關參數，計算gough-joule效應引起的界面壓力變化；

7、獲取電纜附件裝配后室溫下的界面壓力數值，根據熱膨脹效應引起的界面壓力變化和gough-joule效應引起的界面壓力變化，最終計算得到高溫下電纜附件和本體間界面壓力。

8、進一步地，所述獲取電纜附件裝配前后的環境溫度、內徑和外徑，以及電纜附件絕緣材料的相關參數的步驟，具體包括：

9、通過溫度計或溫度傳感器測量得到電纜附件初始裝配時的環境溫度t0和高溫工作環境溫度t1；

10、通過卡尺測量得到電纜附件裝配前的內徑a0和外徑b0，以及裝配后的內徑a1和外徑b1；

11、通過試驗檢測或查詢出廠參數獲得電纜附件絕緣材料的彈性模量e，熱膨脹系數αj以及電纜外層絕緣材料的熱膨脹系數αc。

12、進一步地，所述計算熱膨脹效應引起的界面壓力變化的步驟，具體計算公式為：

13、

14、δt＝t1-t0

15、式中，δp1為熱膨脹效應引起的界面壓力變化量；e為電纜附件絕緣材料的彈性模量；v為電纜附件絕緣材料的泊松比；δt為電纜附件裝配前后的環境溫度變化量；αj為電纜附件絕緣材料的熱膨脹系數；αc為電纜外層絕緣材料的熱膨脹系數。

16、進一步地，所述獲取gough-joule效應系數δ的方法，具體包括：

17、剪裁得到待測橡膠材料試樣；

18、將所述待測橡膠材料試樣固定到動態熱機械分析儀上，設置固定試樣拉伸率和升溫速率，記錄試樣中的拉伸應力變化；選用多個拉伸率，分別測量；

19、根據測量結果做出不同拉伸率下試樣中拉伸應力和溫度的σ-t曲線；

20、將得到的σ-t曲線根據式σ＝b+ct進行線性擬合，求出不同拉伸率下橡膠試樣中的拉伸應力-溫度的變化率c；

21、根據所述不同拉伸率下橡膠試樣中的拉伸應力-溫度的變化率c，做出c-λ曲線，作線性擬合得出其斜率δ，即為待測橡膠材料在該溫度范圍內的gough-joule效應系數。

22、進一步地，所述計算gough-joule效應引起的界面壓力變化的步驟，具體計算公式為：

23、

24、式中，δp2為gough-joule效應引起的界面壓力變化量；δ為gough-joule效應系數；δt為電纜附件裝配前后的環境溫度變化量。

25、進一步地，所述獲取電纜附件裝配后室溫下的界面壓力數值的方法，具體包括：

26、采用厚壁圓筒模型計算或直接利用薄膜壓力傳感器測量，得到電纜附件裝配后室溫下的界面壓力數值。

27、進一步地，所述最終計算得到高溫下電纜附件和本體間界面壓力的步驟，具體計算公式為：

28、p＝p0+δp1+δp2

29、式中，p為高溫下電纜附件和本體間界面壓力；p0為電纜附件裝配后室溫下的界面壓力數值；δp1為熱膨脹效應引起的界面壓力變化量；δp2為gough-joule效應引起的界面壓力變化量；

30、將熱膨脹效應引起的界面壓力變化量和gough-joule效應引起的界面壓力變化量的具體計算公式代入上式，得到：

31、

32、式中，e為電纜附件絕緣材料的彈性模量；v為電纜附件絕緣材料的泊松比；δt為電纜附件裝配前后的環境溫度變化量；αj為電纜附件絕緣材料的熱膨脹系數；αc為電纜外層絕緣材料的熱膨脹系數。

33、第二方面，本發明提供一種高溫下電纜附件和本體間界面壓力的計算系統，包括：

34、參數獲取模塊，用于獲取電纜附件裝配前后的環境溫度、內徑和外徑，以及電纜附件絕緣材料的相關參數；

35、膨脹效應計算模塊，用于通過所述電纜附件裝配前后的環境溫度、內徑和外徑，以及電纜附件絕緣材料的相關參數，計算熱膨脹效應引起的界面壓力變化；

36、gough-joule效應計算模塊，用于獲取gough-joule效應系數δ，并結合電纜附件裝配前后的環境溫度、內徑和電纜附件絕緣材料的相關參數，計算gough-joule效應引起的界面壓力變化；

37、界面壓力計算模塊，用于獲取電纜附件裝配后室溫下的界面壓力數值，根據熱膨脹效應引起的界面壓力變化和gough-joule效應引起的界面壓力變化，最終計算得到高溫下電纜附件和本體間界面壓力。

38、第三方面，本發明提供一種計算機設備，包括存儲器、處理器以及存儲在所述存儲器中并可在所述處理器上運行的計算機程序，所述處理器執行所述計算機程序時實現如上述方法的步驟。

39、第四方面，本發明提供一種計算機可讀存儲介質，所述計算機可讀存儲介質存儲有計算機程序，所述計算機程序被處理器執行時實現如上述方法的步驟。

40、與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：

41、本發明公開了一種高溫下電纜附件和本體間界面壓力的計算方法與相關裝置，綜合考慮到了熱膨脹效應和gough-joule效應對高溫下電纜附件界面壓力的影響，可以定量計算出溫度上升時界面壓力的變化量，可以應用于早期產品設計時選擇界面壓力的設計值。另外，該方法全程沒有使用侵入式測量設備，因此對于實際工況中的電纜附件，只需測量其溫度、相關材料和尺寸參數，便可實時計算出溫度上升造成的界面壓力變化，方便界面壓力的現場監測。相比于現有技術，計算結果更為精確。