Application of thermal impedance to inverse heat transfer modeling of power cables

This paper presents the inverse heat transfer modeling in applications to the power cables. In order to simplify the calculations, the inverse modeling implements thermal simulations in frequency domain. Due to the cylindrical summery of the power cable, this model has an analytical solution, which simplifies using Bessel functions. The inverse model allows estimating the thermal parameters of the material the cable is made of. It can be used for defect detection and aging of the cable. The model was made in Matlab®, and compared with the results obtained from COMSOL® simulation software.

W pracy przedstawiono zastosowanie modelowania cieplnych zjawisk odwrotnych do wyznaczania wartości parametrów termicznych kabli energetycznych. W procesie modelowania odwrotnego struktury wykorzystano model w dziedzinie częstotliwości, który dla struktury o symetrii cylindrycznej ma rozwiązanie analityczne przy użyciu funkcji Bessela. Model termiczny wraz z optymalizacją opracowano w programie Matlab®. Wyniki modelowania odwrotnego zweryfikowano rezultatami uzyskanymi z symulacji 3D wykonanych za pomocą oprogramowania COMSOL® oraz za pomocą danych pomiarowych, uzyskanych z kamery termowizyjnej. Opracowana metoda może być wykorzystana w praktyce do oceny stanu kabli energetycznych, ich zużycia, do wykrywania defektów związanych np. z korozją oraz do oszacowania warunków odprowadzania ciepła z kabli do otoczenia. W konsekwencji na podstawie wyników termowizyjnych można wyuczyć wartość impedancji termicznej kabla, co pozwoli oszacować maksymalną wartość temperatury w określonych warunkach pracy. Na obecnym etapie badań wykonano model kabla z litego materiału. Kolejnym krokiem będzie opracowanie modelu kabla wielowarstwowego, w tym z izolacją o małej przewodności cieplnej.