利用光纤测量电缆温度的测量方法

摘要

一种利用光纤测量电缆温度的测量方法，将光纤敷设在电缆中，上述电缆由内向外依次设置导体层、绝缘层、缓冲层、防水层和外护套，该方法包括以下步骤：1)测量电缆中各层的热力学参数，2)确定迭代系数，3)测量环境温度，4)迭代计算电缆中各层温度，5)重复迭代计算，6)选取不同监测点重复测量。通过电流和电缆分层的热力学参数、环境温度实时计算导体层的温度，比直接使用光纤测得的环境温度更准确可靠；通过本发明的测量方法可通过电缆分层的热力学参数、历史数据预测导体层的升温过程和温度，预估电缆的载流能力，预先提供参考数据，并可依据电流进行预警。

主权项

一种利用光纤测量电缆温度的测量方法，将光纤敷设在电缆中，上述电缆由内向外依次设置导体层、绝缘层、缓冲层、防水层和外护套，该方法包括以下步骤：A、分别测量电缆中导体层的直径、截面积、热容系数和热阻系数；分别测量绝缘层、缓冲层、防水层和外护套各自的厚度、热容系数和热阻系数；B、确定迭代系数：1)热传导系数$r_1=\frac{C_1\log \frac{D_1}{D_0}}{2\pi }$其中：C₁为绝缘层热阻系数；D₁为绝缘层(含导体)的总直径；D₀为导体的直径。$r_2=\frac{C_2\log \frac{D_2}{D_1}}{2\pi }$其中：C₂为缓冲层热阻系数；D₂为缓冲层的总直径$r_4=r_3=\frac{C_4\log \frac{D_4}{D_3}}{4\pi }$其中：C₄为外护套热阻系数；D₄为外护套的总直径；D₃为防水层的总直径。2)升温系数t₁＝c₀S₀+c₁S₁P₀，$P_0=\frac{1}{2\log \frac{D_1}{D_0}}-\frac{1}{\frac{S_1}{S_0}-1}$其中，S₀为导体的截面积，S₁为绝缘层(含导体)的总截面积t₂＝c₁S₁(1‑P₀)+c₂S₂P₁，$P_1=\frac{1}{2\log \frac{D_2}{D_1}}-\frac{1}{\frac{S_2}{S_1}-1}$其中，S₂为缓冲层(含导体、绝缘层)的截面积t₃＝c₂S₂(1‑P₁)+c₃S₃+Q₄P₂，$Q_4=\frac{\pi c_4{D}_3(D_4-D_3)}{4}$$P_2=\frac{1}{\log \frac{D_4}{D_3}}-\frac{1}{\frac{D_4}{D_3}-1}$其中，S₄为外护套(含导体、绝缘层等)的截面积t₄＝S₄(1‑P₂)+Q₅P₂，$Q_5=\frac{\pi c_4{D}_4(D_4-D_3)}{4};$3)热功系数初值K＝0.8C、测量环境温度，实测得光纤某点的温度为T_e，并将各层的初始温度都设置为上述温度。D、迭代计算电缆中各层温度，对于电缆的某层，该层的当前温度为：由于导体中电流发热，导体层的温度为：利用上述步骤B中得到的各参数进行以下计算：电流发热：W_n＝K^n‑1RI_n²，其中I为电流值，R为导体电阻；${T_c}^n={T_c}^{n-1}+\frac{W_n+\frac{\mathrm{\Delta t}({T_d}^{n-1}-{T_c}^{n-1})}{r_1}}{t_1},$${T_d}^n={T_d}^{n-1}+\frac{\frac{\mathrm{\Delta t}({T_s}^{n-1}-{T_d}^{n-1})}{r_2}+\frac{\mathrm{\Delta t}({T_c}^{n-1}-{T_d}^{n-1})}{r_1}}{t_2},$${T_s}^n={T_s}^{n-1}+\frac{\frac{\mathrm{\Delta t}({T_a}^{n-1}-{T_s}^{n-1})}{r_3}+\frac{\mathrm{\Delta t}({T_d}^{n-1}-{T_s}^{n-1})}{r_2}}{t_3},$${T_a}^n={T_a}^{n-1}+\frac{\frac{\mathrm{\Delta t}({T_e}^{n-1}-{T_a}^{n-1})}{r_4}+\frac{\mathrm{\Delta t}({T_s}^{n-1}-{T_a}^{n-1})}{r_3}}{t_4},$$K^n=\frac{1+0.00039({T_c}^n-20)}{1},$Δt为本周期到上周期的间隔时间(秒)T_sⁿ为缓冲层在第n周期的温度T_cⁿ为导体在第n周期的温度T_dⁿ为绝缘层在第n周期的温度其中；T_aⁿ为防水层和外护套在第n周期的温度T_eⁿ为测温光纤在第n周期测得的温度Kⁿ为修正的热功系数E、重复迭代计算，重复测量环境温度值和电流值，并重复步骤D中的计算过程，上述步骤重复不小于8个周期后，即得出该点位置的导体的温度F、根据电缆的长度，选取多个的观测点分别进行步骤A至E的采样、测量和计算，以确定电缆整体的运行情况。