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本文首先从电磁场麦克斯韦方程组推导出涡流微分方程,并介绍了求解方程用的磁场边界条件,通过泛函、变分求极值手段把涡流微分方程转换成另一种有利于数值法求解的等价表达形式。采用了数值计算法中最受青睐的有限元法计算出金属护套和铠装层的涡流损耗。通过计算分析可知,电缆中的磁力线以线芯为中心同心圆分布,磁性钢丝铠装层的涡流损耗远远大于非导磁性金属护套的损耗;通过计算出的磁感应强度值近似计算了磁性钢丝的磁滞损耗,显然,磁滞损耗比涡流损耗小许多。
本文采用有限元法还计算了铠装层二、四、八隔磁形式结构的涡流损耗和磁滞损耗,通过隔磁措施有效降低了铠装层的磁密,大大减少了涡流损耗和磁滞损耗,这可为电缆结构的合理设计提供重要的参考。
海底电力电缆铺设过程中一般不使用中间接头,金属护套感应电压的累积威胁着电缆的安全运行,解决金属护套感应电压过高成为必然,传统的做法是把金属护套两端直接接地,而本文提出一种新的解决方法——半导体漏电法。通过模型建立、方程推导和系统模型的求解,证明该方法能有效降低金属护套感应电压,但漏电损耗偏大,比传统金属护套两端直接接地损耗小。金属护套连接方式不同损耗也不一样,金属护套两端不接地时漏电损耗最小,本文根据具体要求优化了半导体电阻率使其漏电损耗最小,总之,损耗与许多因素有关,应根据实际工程问题综合考虑。