В работе исследованы условия теплообмена кабеля, проложенного в полимерной трубе, с учетом конвективного и радиационного механизмов теплообмена. Проведена предварительная оценка на основе термодинамических критериев, на основе которой обоснованно выбраны допущения и упрощения газодинамической модели. Выполнено полное численное моделирование теплообмена методом конечных элементов с совместным решение уравнений теплопроводности, движения газа и радиационного теплообмена. Аналогичный расчет выполнен для упрощенной модели, в которой радиационный и конвективный теплообмен заменен эквивалентным кондуктивным теплообменом. Проведено сопоставление полученных результатов моделирования с расчетом по методике ГОСТ Р МЭК 60287. Выработаны рекомендации по выбору теплопроводности эквивалентного газового промежутка для исключения модели газовой динамики и радиационного теплообмена из практической инженерной модели кабельной линии.

The contribution is investigation of heat transfer of underground power cable mounted in a polymer tube. The convective and radiation heat transfer was taken into account. The investigation started with simplified criteria-based analysis. That provides information needed for choosing appropriate assumption and simplification for the coupled heat transfer and fluid dynamics formulation. The latest formulation was used for calculation of cable thermal state of in a wide range of tube diameters. The same analysis also performed against simplified FEA-model, where the convective and radiation heat transfer was replaced with equivalent conductive heat transfer. FEA simulation results were compared with engineering analysis based on IEC 60287 standard. Recommendations given for choosing equivalent thermal conductivity of air gap between the tube and the cable. This allows to exclude fluid dynamic equation from the cycle of engineering FEA analysis of complex underground cable installation.