加拿大CYMCAP电缆载流量和热场分析仿真系统

       基于Windows的CYMCAP是一个功能强大，使用方便的电缆载流量仿真和热场分析程序。用于在复杂的敷设环境下，准确计算稳态和暂态载流量，模拟电缆的热性能，从而对电缆的选型和敷设通道设计提供实际仿真依据。这个软件的初始版本是在加拿大电气协会的赞助下，由多伦多电力公司Ontario Hydro，加拿大McMaster大学以及CYME国际公司共同开发完成的。

软件特点

1）具有完善的建模仿真能力，仿真电缆隧道，排管，电缆沟，强大的非线性分析能力，能够进行几何非线性分析, 是目前市场上最完善的。

2）程序符合最新国标，IEC，IEEE和CIGRE标准，是对外开拓市场的必要工具。

3）仿真结果真实可信，并通过国内外重点工程的比对和验证

4）能够仿真模拟温度场和电磁场

5）能够进行实际负荷情况的暂态分析

CYMCAP主要用于电缆温升和载流容量的计算，及热场仿真。决定电缆能够承受的而不改变其任何电气特性的最大电流，对于电缆来说是十分重要的。CYMCAP现场试验的精确性为设计提供了仿真依据，也为更合理的选用电缆提供了有力支持，从而使相关的投资利益最大化。

程序特点

• 基于Neher-McGrath和IEC-287方法的迭代技术 。

• 完全遵循北美实践，支持所有相关的IEC标准：IEC 60287, IEC 60228, IEC 601042, IEC 60853等。

• 任何一种电缆的详细图形描述。这个功能可以用于修正现有的电缆模型和更新已有的电缆库。它包括单芯，三芯，束状，管状，水下，护套和铠装电缆。

• 不同电缆安装条件如直接掩埋，热回填，地下管道或管道组。

• 电缆置于管道之中，管道直接掩埋或热回填。

• 独立的数据库用于储存电缆，管道组，负荷曲线，热源及装置数据。

• 模拟置于空气中的架空电缆，置于空气中的电缆组，水分转移，附近的热源和散热器等。

• 同时铺设不同电缆类型。

• 等温或非等温的地表模型，当地表非等温则考虑空气温度的影响。

• 海缆和直流电缆分析。

• 提供任何日期和时间，任何地点和海拔的全球太阳辐射强度

• 架空电缆考虑风速的影响

• 考虑不同的接地方式对电缆发热和载流量的影响

• 如IEC-60853的周期性载荷类型，包括土壤变干。

• 考虑互感系数单相多芯电缆模型，该系数将对循环电流损耗和降级产生重大影响。

• 短电缆及不平衡电缆间隙的清晰模型，支持平面和三角结构的所有粘接配置。

暂态分析

本程序支持一个暂态热分析功能，它包括如下内容：

• 给定时间和温度的载流容量计算。

• 给定时间和载流容量的温度计算。

• 给定载流容量，达到一个给定温度的时间计算。

• 作为一个时间函数的载流容量和温度计算。

• 各个回路的用户自定义负荷特性。

• 同时铺设多种电缆。

• 多回路的同时载入或每次载入一个。

CYMCAP/MDB, 多管道组

多管道组模块是CYMCAP的延伸，它用来决定安置在许多相邻管道组或者具有不同热电阻系数回填管道中的电缆的稳态载流容量。该模块提供一个结合标准和非标准计算方法的独特的解决方案。该模块利用有限元来计算T4的值（电缆热电阻系数除外），然后就能通过IEC标准化计算方法得到电缆系统的载流容量（或运行温度）。

CYMCAP/MDB 有许多功能模块，最突出的有以下几个功能：

• 模拟不同热电阻系数的多达十一个矩形区域。

• 模拟一个装置中多达三个管道组。

• 模拟装置中的一个热源或者热接收器。

• 稳态载流容量或温度的计算。

CYMCAP/OPT, 管道组优化器

管道组优化器是CYMCAP的一个附加模块，它使得用户能决定管道组内电缆回路的最优位置。更精确的说，该模块能够建议管道组内的多种回路的部署，以达到：

• 管道组最大载流容量，也就是所有回路载流容量之和最大化。

• 管道组最小载流容量，也就是所有回路载流容量之和最小化。

• 任意给定回路的载流容量最大化。

• 任意给定回路的载流容量最小化。

CYMCAP/SCR, 电缆短路分析

电缆短路定值是CYMCAP的一个附件模块，短路电流分绝热短路电流和非绝热短路电流， 非绝热短路电流是考虑热量的流动，只适用于短路电流持续很长的时间。计算严格按IEC标准949（1988）中描述“热允许的短路电流计算，并考虑到非绝热加热效应。CYMCAP/SCR提供根据已知输入数据的两种可能性。

• 给定短路时间和初始及最终温度条件下，计算一个电缆组件能承受的最大短路电流。

• 给定短路电流和初始稳定的条件下，计算一个选定电缆组件的最终温度。计算CYMCAP模块中多达五种金属层的短路定值：（1）导体，（2）护套，（3）加固护套，（4）同心中性线，（5）铠装 。

不同的短路时间，最初温度和最后温度都可以调整， 并显示以下电缆损坏曲线：

隧道电缆

可选的隧道电缆模块允许用户决定计算在不通风隧道中的电缆的温度和稳态、循环及暂态载流容量。注意：只考虑带有同样类型和相等负载的电缆。这个附加模块支持单芯（平版型或三叶型）和三芯电缆的多种电缆排布。这些电缆能够平铺于地板上，挂在架在墙上的支持物上，安装在梯形架上，或电缆支架上。主要特点如下：

• 多种安装方法的模拟：平铺于地板上，挂在墙壁上，安装在梯形架上，或在电缆支架上。

• 电缆和电缆组可以是单芯或者三芯的。单芯电缆可以是平板形（横或竖）或三叶形排布。

• 计算稳态载流容量或温度。使用每日，每周和每年负荷因数的周期性负荷。计算紧急事故定值。

电缆隧道理论也参考了相关领域的专著（电力电缆及其应用，西门子，L. Heinhold，1990 Power Cables and their application, Siemens, L. Heinhold, 1990），已经在增加强制排风在隧道敷设环境，符合正式发布的包含通风条件的电缆隧道的IEC国际标准。

电缆沟分析模块

电缆沟是完全按照IEC 60287-2-1的标准

分析多回路电缆敷设在电缆沟的情况，可以是不填充如空气，也可以充填不同热阻的回填材料。允许用户确定安装在填充和非填充电缆槽的热评级。用于填充槽也可以计算出温度和稳态负载不同的载流容量。循环荷载是通过使用负载因素。

电缆沟槽是在地面浅长方形的挖掘，那里的墙壁，底部和盖子都是由混凝土制成。电缆可以安装在地板，墙壁上或支架上挂着。电缆沟可填充有导热好的材料或空气，这样的传热原理是两不同，因此它们被独立地处理。

要注意，未填充的电缆沟是与电缆隧道完全不同，电缆隧道具有非常大的热惯性，周围不同热阻的土壤对电缆隧道是重要的。而对于电缆沟，其具有相对薄的覆盖物（土和盖板）的情况，几乎没有热惯性，所以随变化的电流，电缆温度也很快相应变化，这几乎是瞬间。

另外有填充的电缆沟与有回填的电缆排管之间也是有差异的， 主要电缆沟的盖板是在（或接近）的地表。

电磁场分析

磁场模块是一个能够连接在CYMCAP上的附加选择模块。尽管这个模块不是直接于电缆热定值相关联，但是给CYMCAP用户提供了便利分析。通过稳态载流容量和温度的仿真，该模块能计算地下电缆表面任意一点的磁通密度。输出是一个磁通密度/位置图或表。特别对于多回电缆复杂的敷设方式，分析叠加的电磁场。 模块特点包括：

• 无限长细缆的两维模拟。

• 考虑时变电流产生的一种椭圆形极化旋转磁矢量。

• 不平衡三相电路电流（幅值或相角不平衡）。

• 各个介质都假设成同类，均匀和线性的。

• 忽略感应电流。

多顶管分析

多顶管模块（MCAS）是CYMCAP的一个可选的模块，可让用户确定不均衡稳态负荷的载流量和/或对安装在一个或多个，各种材质非磁性顶管中的电缆进行温度分析。顶管在CYMCAP中作为一个充满了空气非磁性管道， 在里面的电缆可以放在管道中和没有加保护管。顶管可浸没在水中，放置在海床或埋在地下。除了空气，在顶管中没有其他填充材料。

特点综述

CYMCAP /MCAS有许多建模的能力如以下主要功能：

•允许不同的埋入环境：水中或地下。

•在同一安装，对任意数量的平行顶管进行建模。

•在同一时间，对任何数量的套管在一个或多个顶管中建模。

•能模拟任意数量的回路在一个套管和顶管中。

•在顶管和套管中的回路可以是每相多条电缆。

•允许多种材料来对顶管和套管建模，包括非磁性金属材料（ PVC ，聚乙烯，陶器，非磁性金属等）

•顶管和套管的尺寸不限。

电缆阻抗计算模块

电缆阻抗计算模块（ ZMat ）是CYMCAP的可选模块，在工频（ 50/60赫兹）电网中， 来决定所必需的电缆的电气参数。

在载流量和温度稳态仿真已顺利完成后，就可以估计该参数。最后结果ZMat是所有敷设电缆的正和零序阻抗。

• 所有阻抗和导纳表格的报告中会显示：从基本表格按每段和每个金属部分，换位表（如果有的话），然后逐步减少到每相的导体并最终生成系统表。

• 在安装中所有的电缆计算序列阻抗。

• 在一个安装中所有电缆的序列导纳建模

• 支持每相多条电缆

• 一个或多个中性线可以被代表，并在计算中考虑到

电缆交叉选件

电缆交叉模块是CYMCAP的可选模块，可让用户确定的在3维空间交叉电缆的稳态载流量。当有两个互相交叉回路，互为热源。电缆之间的垂直距离和交叉角度是影响载流量的重要参数。如没有交叉计算分析，常规的保守计算是认为电

缆总是平行敷设。当电缆是平行时，热的影响最大。当交叉电缆互为直角，回路的互相热影响会最低。常规平行的分析将导致计算结果非常保守，通过使用电缆交叉模块，可以比采用平行2维的方法提高20%的电流负荷。

特点综述

• 能模拟在同一安装中，二个回路彼此交叉。

• 支持直埋，直埋套管和地下埋管的安装。

• 计算方法符合IEC标准60287-3-3