第二章电气电缆的电气参数

2.1导电线芯电阻2.2电缆损耗的计算2.3电缆的长期允许工作温度和短路允许温度2.4电力电缆的载流量计算及其修正电气参数对电力电缆是至关重要的。它决定了电缆的传输性能和传输容量。这是由于电缆传输容量主要取决于各部分的损耗发热，而损耗则是根据电气参数来计算的。第二章电力电缆的电气参数一、导电线芯的直流电阻R’2.1导电线芯电阻5432120)]20(1['kkkkkARA为线芯截面积，为线芯材料在温度为20ºC时的电阻率，对于标准软铜：对于标准硬铝：；为温度系数常数，对于铜导体为0.00393,铝导体为0.00403；θ为最高工作温度，见表2-1；20m62010017241.0m6201002864.0最高工作温度下，单位长度导电线芯的直流电阻由下式计算：k1为单根导线加工过程中引起金属电阻率增加所引入的系数，它与导线直径大小，金属种类，表面是否有涂层有关，线径越小，系数越大，一般可取1.02~1.07；k2为由于多根导线绞合使单线长度增加所引入的系数，一般取1.02(250mm2以下)~1.03(250mm2及以上）；k3为因紧压过程使导线发硬，引起电阻率增加所引入的系数，一般取1.01；一、导电线芯的直流电阻R’2.1导电线芯电阻5432120)]20(1['kkkkkARk4为因成缆绞合，使线芯长度增加所引入的系数，一般取1.01左右；k5为因考虑导线允许公差所引入的系数，对紧压结构一般取1.01左右。一、导电线芯的直流电阻R’2.1导电线芯电阻5432120)]20(1['kkkkkAR2.1导电线芯电阻)1('psyyRR式中，R’为最高工作温度下，导电线芯的单位长度直流电阻，单位为Ω/m；ys为集肤效应因数；yp为邻近效应因数。二、电缆线芯交流电阻最高工作温度下，单位长度导电线芯的直流电阻由下式计算：2.1导电线芯电阻)1('psyyRR1、集肤效应因数ys集肤效应因数即由于集肤效应使电阻增加的百分数，448.0192sssXXysskRfX7210'8其中f为电源频率，工频为50Hz；R’为单位长度电缆导体线芯直流电阻（见上式），单位为Ω/m；ks为除分割导体取0.435外均取1。导体中的交流电流，靠近导体表面处的电流密度大于导体内部电流密度的现象。2.1导电线芯电阻)1('psyyRR导体内电流密度因受邻近导体中电流的影响而分布不均匀的现象。2、邻近效应因数yp]27.08.019218.1)(312.0[)(8.0192442244PPccPPsXXsDsDXXyPPkRfX7210'8其中f、R’同前式，kP除分割导体取0.37外，其他型式线芯取0.8~1；Dc为线芯外径；s为线芯中心轴间距离，对于扇形多芯电缆，Δ为线芯间绝缘层厚度，其邻近效应因数yp为上式计算所得值乘2/3。由于邻近效应使电阻增加的百分数，可用下式表示2.2电缆损耗的计算电缆的温升与电缆各部分产生的热量、热阻和周围环境有关。电缆产生的热量包括导体电阻损耗、介质损耗、护套损耗和铠装损耗等，其中以电阻损耗占比例最大。在110kV及以上电压等级电缆线路中，介质损耗也占较大的比例。运行中的电缆线路，由于电缆结构特征，产生很多损耗，这些损耗是影响电缆载流量的重要因素。一、电缆线芯损耗2.2电缆损耗的计算单位长度电缆线芯损耗(W/m）2-1式中I——线芯电流，A；R——单位长度电缆线芯的有效电阻（交流），Ω/mRIWc2电流流过导体时，一部分功率转化成热量的损耗。二、绝缘层介质损耗2.2电缆损耗的计算tgfCUWi22式中f—频率，Hz；C—单位长度电缆的电容，F/m；U—电缆绝缘层承受的电压，V；tgδ—介质损耗角正切。电缆长期允许工作温度和最高工作电压下的tgδ最高容许值见表2-2。消耗于绝缘层的有用功率，单位长度的电缆绝缘损耗计算式为：三、护套损耗2.2电缆损耗的计算电缆金属护套损耗的计算比较繁琐，为简便计算，可以认为电缆金属护套损耗Ws与线芯中电流的平方成正比，因此它与线芯损耗Wc之比为一常数，即csWW1''1'11式中—电缆金属护套的总损耗系数；—电缆金属护套的环流损耗系数（回路电流损耗系数）；—电缆金属护套的涡流损耗系数（邻近效应损耗系数）。1'1''1四、铠装损耗2.2电缆损耗的计算电缆具有铠装（加强层），将在不同程度上改变护套的感应电流，从而改变护套损耗。同时，当铠装接成通路时，铠装中也会产生损牦。铠装层和加强带中的损耗，可与护套损耗一样简化为cAWW2式中——电缆铠装层或加强层（带）的损耗系数；WC——单位长度电缆线芯损耗。2电缆在运行中，由于导体电阻、绝缘层、保护层和铠装层的能量损耗，都将使电缆发热，温度升高。当电缆的运行温度超过某一定值时，会导致其绝缘性能破坏，缩短电缆使用期限，甚至引起故障。所以，电缆的运行温度限定在这一特定值以下，这个特定值称为电缆的长期允许工作温度。不同电压等级和绝缘型式的电缆，其最高允许工作温度值不同（表2-1）。2.3电缆的长期允许工作温度和短路允许温度一、电缆的长期允许工作温度电缆工作温度过高对电缆的影响主要表现在两个方面：1、加速电缆绝缘材料的老化，使电缆使用寿命缩短。2、电缆绝缘受热膨胀，造成铅（铝）包的过度伸展，使电缆内部产生空隙，在电场作用下发生游离，最终导致绝缘性能受到破坏。2.3电缆的长期允许工作温度和短路允许温度一、电缆的长期允许工作温度2.3电缆的长期允许工作温度和短路允许温度当电缆线路在运行中发生短路时，通过的电流将突然增加很多倍。由于短路的时间一般很短，这些电流通过导体时所产生的热量来不及散发，致使导体的温度很快升高。短路情况下的电缆导体允许温度也列于表2-1中。电缆线路有中间接头时，其接头的短路允许温度：焊锡接头为120ºC，压接接头为150ºC（对表2-1所规定的温度低于150ºC的电缆，则按表2-1的规定），电焊或气焊接头与导体允许温度相同。二、电缆的短路允许温度2.4电力电缆的载流量计算及其修正电缆载流量是指一条电缆在输送电能时所通过的电流量，在热稳定条件下，当电缆导体达到长期允许工作温度时的电缆载流量称为电缆长期允许载流量。电缆长期允许载流量除了与电缆本身的材料与结构有关外，还取决于电缆的敷设方式和周围环境。电缆长期允许载流量主要由以下三个因素决定：（1）电缆的长期允许工作温度。（2）电缆本身的散热性能。（3）电缆装置情况及其周围的散热条件，电缆周围环境温度越高，则电缆的载流量越小。一、电缆长期载流量I—电缆长期允许载流量，A；θC—电缆导体长期允许工作温度，ºC；θ0—电缆周围环境温度，ºC；ρ—电缆导体在工作温度时的电阻系数，Ώ·mm2/m;α—介质损耗与电阻损耗的比值；β—护层损耗与电阻损耗的比值；A—导体截面积，mm2；n—电缆芯数；S1—电缆绝缘热阻，热欧姆/cm；S2—护层热阻，热欧姆/cm；G—电缆周围环境热阻，热欧姆/cm。1、电缆长期载流量计算公式（IEC）)])(1()1[()(210GSSnAIC2.4电力电缆的载流量计算及其修正2.4电力电缆的载流量计算及其修正敷设在空气中、土壤中的油浸纸绝缘铜、铝芯电缆，以及聚氯乙烯、交联聚乙烯铜、铝芯电缆，橡皮绝缘铝芯电缆的正常允许载流量分别列于表2-5—表2-9。2、常用电缆的长期载流量注意使用限定条件。2.4电力电缆的载流量计算及其修正二、电缆长期载流量的修正电缆的长期载流量并不是一个恒定值，与诸多因素有关。公式中电缆导体的长期允许工作温度，电缆的周围环境温度、导体截面积等均会影响长期载流量的数值。所以，在设计实际电缆线路时，一定要根据实际使用情况对长期载流量进行修正。1、电缆周围环境温度的修正2、导体截面积A的修正3、导体材料电阻率ρ的修正4、电缆周围环境热阻G的修正5、并列敷设根数n的修正2.4电力电缆的载流量计算及其修正二、电缆长期载流量的修正1、电缆周围环境温度的修正环境温度是指在正常情况下敷设电缆的场所周围环境介质（空气、土壤）的温度。因此，电缆敷设的环境不同，其电缆的长期载流量是不同的。电缆周围环境温度θ0发生变化时，电缆的长期允许载流量也随之改变。θ0越高，则电缆载流量越小。因此，同一根电缆，在夏季的载流量变小，而在冬季的载流量可以大一些。对于同一根电缆，除周围环境温度θ0改变之外，公式中其他参数均保持不变，则在θ01和θ02两个环境温度下的长期允许载流量I1和I2存在如下关系:2.4电力电缆的载流量计算及其修正二、电缆长期载流量的修正1、电缆周围环境温度的修正020121CCII)])(1()1[()(210GSSnAIC当导体截面积A发生变化时，电缆长期允许载流量也会发生改变。由于截面积A的变化，会引起电缆绝缘热阻S1和电缆护层热阻S2的变化，所以电缆长期允许载流量的变化更加复杂。工程上常忽略S1和S2的变化，将电缆截面积由A1变为A2，电缆的长期允许载流量随之由I1变为I2，近似地写成如下关系：2、导体截面积A的修正2.4电力电缆的载流量计算及其修正二、电缆长期载流量的修正2121AAII)])(1()1[()(210GSSnAIC2.4电力电缆的载流量计算及其修正相同截面的两根电缆，若它们的结构和敷设条件相同，则它们的长期允许载流量只与导电线芯材料的电阻率ρ有关，并有下列等式成立二、电缆长期载流量的修正3、导体材料电阻率ρ的修正1221II电缆产品，导电线芯材料一般为铜或铝，查表可得ρ铜=1.7241×10-2Ώ·mm2/m，ρ铝=2.83×10-2Ώ·mm2/m，则在相同截面、结构及敷设条件下，铜芯电缆与铝芯电缆的长期允许载流量的比值为1.28101.7241102.8322铜铝铝铜II4、电缆周围环境热阻G的修正2.4电力电缆的载流量计算及其修正二、电缆长期载流量的修正电缆周围环境热阻G越大，电缆散热情况越差，电缆的长期允许载流量就越小。我国的东北、华北等地区的土壤热阻系数为100~200ºC·cm/W；华东、华南等潮湿地区土壤的热阻系数不大于80ºC·cm/W；山区及丘陵地区属于干燥地区，土壤的热阻系数为200~300ºC·cm/W。若其他条件相同，敷设在土壤热阻系数较大地区的电缆长期允许载流量较小；反之较大。不同土壤的特征、热阻系数及其载流量修正系数参见表2-11。电缆并列敷设时，电缆产生的热量更难发散，因而载流量较正常情况要小一些，并列电缆的根数越多，则电缆的长期允许载流量修正系数就越小。直埋和空气中并列敷设的电力电缆，其长期允许载流量修正系数见表2-12和表2-13。5、并列敷设根数n的修正2.4电力电缆的载流量计算及其修正二、电缆长期载流量的修正载流量计算例题0321nIKKKI总电缆的长期允许载流量经修正后应为：式中n—电缆并列根数；K1—并列修正系数；K2—土壤热阻修正系数；K3—环境温度修正系数；I0—单根电缆标准状况长期允许载流量。03CCK例1：求一条直埋YJLV22—6/103×185电缆在夏季（30ºC）和冬季（-10ºC）的长期允许载流量。解：查表2-8得θ0=25ºC时，I0=310A查表2-1得θC=90ºC设θ01=30ºC,θ02=-10ºC，根据式（2-11），得载流量计算例题)(298961.0302590309031000101AIICC)(38424.1302590)10(9031000202AIICC该电缆在夏季（30ºC）时的长期允许载流量为298A，在冬季（-10ºC）时的长期允许载流量为384A。载流量计算例题2121AAII)(154185702501212AAAII)(2851852402501313AAAII)(14140154'222AIII