IEC TR 62095-2003 Electric cables - Calculations for the current ratings - Cable current rating using the finite elements method《电缆.电流额定值的计算.用有限元法测定电缆的电流额定值》.pdf

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1、RAPPORT TECHNIQUE CEI IEC TECHNICAL REPORT TR 62095 Premire dition First edition 2003-06 Cbles lectriques Calcul de la capacit de transport de courant Mthode des lments finis Electric cables Calculations for current ratings Finite element method Numro de rfrence Reference number CEI/IEC/TR 62095:200

2、3Numrotation des publications Depuis le 1er janvier 1997, les publications de la CEI sont numrotes partir de 60000. Ainsi, la CEI 34-1 devient la CEI 60034-1. Editions consolides Les versions consolides de certaines publications de la CEI incorporant les amendements sont disponibles. Par exemple, le

3、s numros ddition 1.0, 1.1 et 1.2 indiquent respectivement la publication de base, la publication de base incorporant lamendement 1, et la publication de base incorporant les amendements 1 et 2. Informations supplmentaires sur les publications de la CEI Le contenu technique des publications de la CEI

4、 est constamment revu par la CEI afin quil reflte ltat actuel de la technique. Des renseignements relatifs cette publication, y compris sa validit, sont dispo- nibles dans le Catalogue des publications de la CEI (voir ci-dessous) en plus des nouvelles ditions, amendements et corrigenda. Des informat

5、ions sur les sujets ltude et lavancement des travaux entrepris par le comit dtudes qui a labor cette publication, ainsi que la liste des publications parues, sont galement disponibles par lintermdiaire de: Site web de la CEI (www.iec.ch) Catalogue des publications de la CEI Le catalogue en ligne sur

6、 le site web de la CEI (http:/www.iec.ch/searchpub/cur_fut.htm) vous permet de faire des recherches en utilisant de nombreux critres, comprenant des recherches textuelles, par comit dtudes ou date de publication. Des informations en ligne sont galement disponibles sur les nouvelles publications, les

7、 publications rempla- ces ou retires, ainsi que sur les corrigenda. IEC Just Published Ce rsum des dernires publications parues (http:/www.iec.ch/online_news/justpub/jp_entry.htm) est aussi disponible par courrier lectronique. Veuillez prendre contact avec le Service client (voir ci-dessous) pour pl

8、us dinformations. Service clients Si vous avez des questions au sujet de cette publication ou avez besoin de renseignements supplmentaires, prenez contact avec le Service clients: Email: custserviec.ch Tl: +41 22 919 02 11 Fax: +41 22 919 03 00 Publication numbering As from 1 January 1997 all IEC pu

9、blications are issued with a designation in the 60000 series. For example, IEC 34-1 is now referred to as IEC 60034-1. Consolidated editions The IEC is now publishing consolidated versions of its publications. For example, edition numbers 1.0, 1.1 and 1.2 refer, respectively, to the base publication

10、, the base publication incorporating amendment 1 and the base publication incorporating amendments 1 and 2. Further information on IEC publications The technical content of IEC publications is kept under constant review by the IEC, thus ensuring that the content reflects current technology. Informat

11、ion relating to this publication, including its validity, is available in the IEC Catalogue of publications (see below) in addition to new editions, amendments and corrigenda. Information on the subjects under consideration and work in progress undertaken by the technical committee which has prepare

12、d this publication, as well as the list of publications issued, is also available from the following: IEC Web Site (www.iec.ch) Catalogue of IEC publications The on-line catalogue on the IEC web site (http:/www.iec.ch/searchpub/cur_fut.htm) enables you to search by a variety of criteria including te

13、xt searches, technical committees and date of publication. On-line information is also available on recently issued publications, withdrawn and replaced publications, as well as corrigenda. IEC Just Published This summary of recently issued publications (http:/www.iec.ch/online_news/justpub/jp_entry

14、.htm) is also available by email. Please contact the Customer Service Centre (see below) for further information. Customer Service Centre If you have any questions regarding this publication or need further assistance, please contact the Customer Service Centre: Email: custserviec.ch Tel: +41 22 919

15、 02 11 Fax: +41 22 919 03 00 .RAPPORT TECHNIQUE CEI IEC TECHNICAL REPORT TR 62095 Premire dition First edition 2003-06 Cbles lectriques Calcul de la capacit de transport de courant Mthode des lments finis Electric cables Calculations for current ratings Finite element method IEC 2003 Droits de repro

16、duction rservs Copyright - all rights reserved Aucune partie de cette publication ne peut tre reproduite ni utilise sous quelque forme que ce soit et par aucun procd, lectronique ou mcanique, y compris la photocopie et les microfilms, sans laccord crit de lditeur. No part of this publication may be

17、reproduced or utilized in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying and microfilm, without permission in writing from the publisher. International Electrotechnical Commission, 3, rue de Varemb, PO Box 131, CH-1211 Geneva 20, Switzerland Telephone: +41 22 919 02 11 Te

18、lefax: +41 22 919 03 00 E-mail: inmailiec.ch Web: www.iec.ch V Commission Electrotechnique Internationale International Electrotechnical Commission Pour prix, voir catalogue en vigueur For price, see current catalogue CODE PRIX PRICE CODE 2 TR 62095 CEI:2003 SOMMAIRE AVANT-PROPOS . 6 1 Introduction

19、8 1.1 Gnralits. 8 1.2 Champ dapplication 10 1.3 Informations obtenues par la mthode des lments finis 12 1.4 Mthodes alternatives12 2 Synthse sur la mthode des lments finis .14 3 Considrations pratiques pour lapplication de la mthode des lments finis aux calculs de capacit de transport des cbles22 3.

20、1 Slection de la rgion discrtiser 24 3.2 Taille des lments24 3.3 Conditions aux limites28 3.4 Reprsentation des pertes du cble.30 3.5 Slection du pas de temps.30 4 Exemples dapplication de la mthode des lments finis pour lvaluation des capacits de transport des cbles.32 4.1 Exemple 1 .32 4.2 Exemple

21、 2 .34 4.3 Exemple 3 .36 Annexe A Dveloppement des quations 40 A.1 Equations de transfert de la chaleur40 A.2 Approximation des quations polynomiales.42 A.3 Equations de base de la mthode des lments finis 44 A.4 Exemples52 Bibliographie.66 Figure 1 Rpartition de la temprature dans un aileron unidime

22、nsionnel 16 Figure 2 Les points nodaux et les valeurs supposes de ) (x 16 Figure 3 Division du domaine en lments .18 Figure 4 Modle discrtis dune distribution de temprature unidimensionnelle 20 Figure 5 Modlisation dune fonction scalaire bi-dimensionnelle par lutilisation dlments triangulaires ou qu

23、adrilatraux 22 Figure 6 Modlisation dune fonction scalaire bi-dimensionnelle par lutilisation dun lment triangulaire quadratique .22 Figure 7(a) Exemple de 6 cbles dans un bloc de fourreaux enrobs de bton, installation 26 Figure 7(b) Exemple de 6 cbles dans un bloc de fourreaux enrobs de bton, maill

24、age grossier.26 Figure 7(c) Exemple de 6 cbles dans un bloc de fourreaux enrobs de bton, maillage fin .28 Figure 7 Exemple de maillage dans un modle dlment fini.28TR 62095 IEC:2003 3 CONTENTS FOREWORD 7 1 Introduction 9 1.1 General 9 1.2 Field of application 11 1.3 Information obtained from the fini

25、te element method13 1.4 Alternative methods.13 2 Overview of the finite element method 15 3 Practical considerations when applying the finite element method for cable rating calculations.23 3.1 Selection of the region to be discretised 25 3.2 Element sizes 25 3.3 Boundary conditions 29 3.4 Represent

26、ation of cable losses31 3.5 Selection of a time step .31 4 Examples of application of the finite element method for cable rating calculations 33 4.1 Example 1 .33 4.2 Example 2 .35 4.3 Example 3 .37 Annex A Development of equations.41 A.1 Heat transfer equations.41 A.2 Approximating polynomials .43

27、A.3 Finite element equations.45 A.4 Examples53 Bibliography67 Figure 1 Temperature distribution in a one dimensional fin.17 Figure 2 The nodal points and the assumed values of ) (x 17 Figure 3 Division of the domain into elements 19 Figure 4 Discrete models for one-dimensional temperature distributi

28、on 21 Figure 5 Modelling of a two-dimensional scalar function using triangular or quadrilateral elements.23 Figure 6 Modelling of a two-dimensional scalar function using a quadratic triangular element.23 Figure 7(a) Example of 6 cables in a concrete duct bank, installation.27 Figure 7(b) Example of

29、6 cables in a concrete duct bank, coarse mesh27 Figure 7(c) Example of 6 cables in a concrete duct bank, fine mesh.29 Figure 7 Example of meshing a finite element model29 4 TR 62095 CEI:2003 Figure 8 Relation entre le pas de temps, la courbe de charge et le temps coul depuis le dbut du transitoire 3

30、2 Figure 9 Conditions de pose pour ltude par lments finis, exemple 1.34 Figure 10 Installation de lexemple 2 36 Figure 11 Isothermes pour linstallation de la Figure 1036 Figure 12 Cbles de forte section poss dans un caniveau faible profondeur 38 Figure A.1 Coordonnes locales.42 Figure A.2 Illustrati

31、on de lexemple A1 .52 Figure A.3 Isotherme 41C .54 Figure A.4 Illustration de lexemple 3 .56 Figure A.5 Illustration de lexemple 4 .58 Figure A.6 Configuration du circuit thermique de lexemple 5 .62 Figure A.7 Structure du rseau dlments finis pour une couche extrieure un bloc de fourreaux 62 Tableau

32、 1 Comparaison des rsultats obtenus laide de la CEI 60287 et avec la mthode des lments finis pour les cbles de lexemple 1.34 Tableau 2 Temprature de lme du cble obtenue avec la CEI 60287 et avec des mthodes aux lments finis .38TR 62095 IEC:2003 5 Figure 8 Relationship between the time step, the load

33、 curve and the time elapsed from the beginning of the transient33 Figure 9 Laying conditions for the finite element study in example 1.35 Figure 10 Installation for example 237 Figure 11 Isotherms for the system in Figure 10.37 Figure 12 Large cables located in a shallow through 39 Figure A.1 Area c

34、o-ordinates43 Figure A.2 Illustration for example A1.53 Figure A.3 41C isothermal contour55 Figure A.4 Illustration for example 3.57 Figure A.5 Illustration to example 4 59 Figure A.6 Thermal circuit configuration in example 5 63 Figure A.7 Finite element grid structure for a outer layer of a duct b

35、ank .63 Table 1 Comparison of the IEC 60287 and the finite element results for cables in example 1 .35 Table 2 Conductor temperature of the middle cable obtained with the IEC 60287 and the finite element methods 39 6 TR 62095 CEI:2003 COMMISSION LECTROTECHNIQUE INTERNATIONALE _ CBLES LECTRIQUES CALC

36、UL DE LA CAPACIT DE TRANSPORT DE COURANT MTHODE DES LMENTS FINIS AVANT-PROPOS 1) La CEI (Commission lectrotechnique Internationale) est une organisation mondiale de normalisation compose de lensemble des comits lectrotechniques nationaux (Comits nationaux de la CEI). La CEI a pour objet de favoriser

37、 la coopration internationale pour toutes les questions de normalisation dans les domaines de llectricit et de llectronique. A cet effet, la CEI, entre autres activits, publie des Normes internationales. Leur laboration est confie des comits dtudes, aux travaux desquels tout Comit national intress p

38、ar le sujet trait peut participer. Les organisations internationales, gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec la CEI, participent galement aux travaux. La CEI collabore troitement avec lOrganisation Internationale de Normalisation (ISO), selon des conditions fixes par accord entre

39、les deux organisations. 2) Les dcisions ou accords officiels de la CEI concernant les questions techniques reprsentent, dans la mesure du possible, un accord international sur les sujets tudis, tant donn que les Comits nationaux intresss sont reprsents dans chaque comit dtudes. 3) Les documents prod

40、uits se prsentent sous la forme de recommandations internationales. Ils sont publis comme normes, spcifications techniques, rapports techniques ou guides et agrs comme tels par les Comits nationaux. 4) Dans le but dencourager lunification internationale, les Comits nationaux de la CEI sengagent appl

41、iquer de faon transparente, dans toute la mesure possible, les Normes internationales de la CEI dans leurs normes nationales et rgionales. Toute divergence entre la norme de la CEI et la norme nationale ou rgionale correspondante doit tre indique en termes clairs dans cette dernire. 5) La CEI na fix

42、 aucune procdure concernant le marquage comme indication dapprobation et sa responsabilit nest pas engage quand un matriel est dclar conforme lune de ses normes. 6) Lattention est attire sur le fait que certains des lments de la prsente Norme internationale peuvent faire lobjet de droits de proprit

43、intellectuelle ou de droits analogues. La CEI ne saurait tre tenue pour responsable de ne pas avoir identifi de tels droits de proprit et de ne pas avoir signal leur existence. La tche principale des comits dtudes de la CEI est llaboration des Normes internationales. Toutefois, un comit dtudes peut

44、proposer la publication dun rapport technique lorsquil a runi des donnes de nature diffrente de celles qui sont normalement publies comme Normes internationales, cela pouvant comprendre, par exemple, des informations sur ltat de la technique. La CEI 62095, qui est un rapport technique, a t tablie pa

45、r le comit dtudes 20 de la CEI: Cbles lectriques. Le texte de ce rapport technique est issu des documents suivants: Projet denqute Rapport de vote 20/600/DTR 20/634/RVC Le rapport de vote indiqu dans le tableau ci-dessus donne toute information sur le vote ayant abouti lapprobation de ce rapport tec

46、hnique. Cette publication a t rdige selon les Directives ISO/CEI, Partie 2. Le comit a dcid que le contenu de cette publication ne sera pas modifi avant 2014. A cette date, la publication sera reconduite; supprime; remplace par une dition rvise, ou amende.TR 62095 IEC:2003 7 INTERNATIONAL ELECTROTEC

47、HNICAL COMMISSION _ ELECTRIC CABLES CALCULATIONS FOR CURRENT RATINGS FINITE ELEMENT METHOD FOREWORD 1) The IEC (International Electrotechnical Commission) is a worldwide organization for standardization comprising all national electrotechnical committees (IEC National Committees). The object of the IEC is to promote international co-operation on all questions concerning standardization in the electrical and electronic fields. To this end and in addition to other activities, the IEC publishes International Standards. Their preparation is entrusted to technical commi