XXXX0905-110KV1C630XLPE电缆载流量的计算

电缆载流量的计算1引言高压XLPE交联绝缘电缆需求日益增加,本文件有效简易进行电缆载流量的计算并的提供可行方法;2作者王志坚,1994.7毕业于哈电工,工学学士学位/工程师,就职于中国电线电缆进出口有限公司，从业19年。3关键词交联电缆;载流量;IEC60287；电缆电气参数计算4.1基本条件4.1.1电缆结构64/110kVYJLW021X630mm2皱纹铝护套,PVC护套电力电缆结构尺寸标称截面Sc=630mm2导体直径dc=30.2mm内屏厚度tic=1.4mm内屏外径Dic=33mm绝缘厚度ti=16.5mm绝缘外径Di=66mm外屏厚度tiu=1.2mm外屏直径Du=68.4mm半导电缓冲tri-1=3.3mm半导电带外径Du-1=75mm皱纹铝厚度ts=2mm皱纹铝外径Ds=91mm沥青+无防布tri-2=1.1mm外径Dr=93.2mmPVC护套厚度te=4.4mm电缆外径de=102mm4.1.2电缆的敷设方式、环境条件和运行方式运行系统三相交流系统中敷设标准条件电缆直埋深度L=1m土壤热阻系数ρe=1.2K.m/w运行最高温度Өc=363K(●备注：绝对温度=90+273）环境温度*土壤中Ө01=298K(●备注：绝对温度=25+273）*管道中Ө02=318K(●备注：绝对温度=45+273）标准环境温度Ө0=293K(●备注：绝对温度=20+273）4.1.3计算依据电缆的额定载流量计算，即IEC60287ElectricCable-CalculationoftheCurrentRatingPART1Currentratingequations(100%LoadFactor)andCalculationofLosses4.2导体交流电阻计算导体损耗主要涉及到导体的交流电阻，电缆单位长度在工作温度下的交流电阻与导体直流电阻和集肤效应和邻近效应有关，各参数如下：4.2.1最高工作温度下的导体直流电阻计算已知，20oC时电缆直流电阻R0=0.0000283Ω/m导体的电阻温度系数α=0.00393K电缆允许的最高工作温度Өc=363K(●备注：绝对温度=90+273）最高工作温度下的导体直流电阻见下公式R'=R0*(1+α(Өc-Ө0))计算得，R'=3.60853E-05Ω/m4.2.2集肤效应因数Ys已知，系统频率f=50Hz导体干燥浸渍与否系数（IEC287-1-1）Ks=1Ω/MHzXs=(8*π*f*10(-7)*Ks/R')1/2Xs=1.8661Xs2=3.4824Ω/m集肤效应因数Ys见下公式Ys=Xs4/(192+0.8*Xs4)Ys=0.06014.2.3邻近效应因数Yp已知，三芯水平敷设，导体相邻之间距离S1=250mm导体干燥浸渍与否系数（IEC287-1-1）Kp=1Ω/MHzXp=(8*π*f*10(-7)*Kp/R')1/2Xp=1.8661对于系统中三芯电缆，水平排列敷设，邻近效应因数Yp见下公式Yp=(Xp4/(192+0.8*Xs4))*(dc/S1)2*[0.312*(dc/S1)2+1.18/((Xp4/(192+0.8*Xs4)+0.27)自行分解计算0.060124030.01459264Yp=0.0031400724.2.4交流电阻计算导体工作温度下的交流电阻RR=R'(1+Ys+Yp)R=0.00003837Ω/m90oC时的导体交流电阻0.03837Ω/Km4.3介质损耗的计算已知，电源周期ω=2πfω=314.159角频率对地电压U0Uo=64000Volt(●备注：IEC60287-1-1)XLPE绝缘材料的介电系数ε=2.3(●备注：IEC60287-1-2)绝缘材料介质损耗角正切tgδ=0.001电缆每相单位长度电容计算C=ε/((18*ln(Di/Dic))*10-9C=1.8434E-10F/m电缆每相单位长度介质损耗Wd=ω*C*Uo2*tgδWd=2.3721E-01W/m4.4电缆金属护套的损耗的计算金属护套中的功率损耗是由环流损耗(λ1')和涡流损耗(λ1)叠加引起的,所以总的损耗应为:λ1=λ1'+λ14.4.1金属护套电阻的计算已知，20oC时铝护套的电阻率ρs=2.84E-08Ω.m电阻温度系数αs=0.00403K(●备注：铝材)护套的工作温度θs=345K(●绝对温度=90*.8+273）金属护套的平均外径ds=(Du-1+Ds)/2ds=83mm金属护套的计算截面As=π*ds*tsAs=521.50mm2金属护套的截面值As=5.22E-04m2工作温度下的铝护套电阻Rs=(ρs/As)*(1+αs*(θs-θo))Rs=6.587E-05Ω/m4.4.2金属护套损耗因数的计算按正常换位,带电线段护套两端接地,水平排列的三芯电缆涡流损耗可以忽略不计已知，电缆导体的轴间间距SS=0.25m金属护套的平均外径d=(Du-1+Ds)/2d=0.083m电缆水平排列时,某一外侧电缆护套(●绝对温度=90*.8+273）与另外两根电缆导体之间的互抗Xm=200*π*10-7*ln(2)Xm=4.355E-05Ω/m相邻二单芯电缆单位长度护套或屏蔽的电抗Xm=200*π*10-7*ln(2*S/d)X=1.128E-04Ω/mQ=X-Xm/3Q=9.831E-05Ω/mP=X+XmP=1.564E-04Ω/m带电线段护套两端短路接地时最大损耗的那根电缆(即载有滞后相的外侧电缆)的损耗因数λ11'=(Rs/R)*[0.75*P2/(Rs2+P2)+0.25*Q2/(Rs2+Q2)+2*Rs*P*Q*Xm/(3^0.5*(Rs2+P2)*(Rs2+Q2))]自行分解计算Rs/R1.7170.75*P2/(Rs2+P2)0.6370.25*Q2/(Rs2+Q2)0.1732*Rs*P*Q*Xm/(3^0.5*(Rs2+P2)*(Rs2+Q2))0.126带入上公式λ11'=1.607另一根外侧电缆的损耗因数λ12'=(Rs/R)*[0.75*P2/(Rs2+P2)+0.25*Q2/(Rs2+Q2)-2*Rs*P*Q*Xm/(3^0.5*(Rs2+P2)*(Rs2+Q2))]自行分解计算Rs/R1.7170.75*P2/(Rs2+P2)0.6370.25*Q2/(Rs2+Q2)0.1732*Rs*P*Q*Xm/(3^0.5*(Rs2+P2)*(Rs2+Q2))0.126带入上公式λ12'=1.173中间一根电缆的损耗因数λ1m'=(Rs/R)*[Q2/(Rs2+Q2)]带入上公式λ1m'=1.185假定中间一根的电缆最热λ1=λ1m'λ1=1.1854.5热阻的计算4.5.1绝缘热阻的计算已知，绝缘材料的热阻系数ρT=3.50K.m/w导体外径dc=0.0302m绝缘外径Du-1=0.075m绝缘热阻T1=[ρT/(2*π)]*ln[(0.5*(Du-1+Ds)-ts]/dc带入上公式T1=0.550K.m/w4.5.2PVC外护套热阻的计算已知，PVC护套材料的热阻系数ρT=6.00K.m/w对皱纹铝包护套,PVC护套材料的热阻T3=[ρT/(2*π)]*ln[(Ds+2*(tri-2+te))/(0.5*(Du-1+Ds)+ts)]带入上公式T3=0.174K.m/w4.5.3电缆直埋土壤中电缆外部热阻的计算已知，电缆直埋深度L=1m土壤热阻系数ρw=1K.m/w电缆导体间的轴间间距S1=0.25m对皱纹铝包护套U=2*L/((Ds+2*(tri-2+te))带入上公式U=19.608电缆外部热阻T4=[ρw/(2*π)]*[ln((U+(U2-1)0.5)+((1+0.5*(λ11'+λ12')/(1+λ1m'))*[ln((1+(2*l/S1)2)自行分解计算ρw/(2*π)0.159ln((U+(U2-1)0.5)3.668((1+0.5*(λ11'+λ12')/(1+λ1m'))1.094ln((1+(2*l/S1)2)4.174带入上公式T4=1.311K.m/w4.6电缆载流量的计算综合上述4.1到4.5的计算,可知的温升，交流电阻，损耗与热阻计算结果分别为：∆θc=65K(●温度=90-25)R=3.837.E-05Ω/mT1=0.550K.m/wT3=0.174K.m/wT4=1.311K.m/wWd=0.237w/mλ1=1.185电缆载流量的计算公式如下：I=KI[∆θc,Wd,R,T1,T3,T4,λ1]I=[((∆θc-Wd*(0.5*T1+T3+T4))/(R*(T1+(1+λ1)*(T3+T4)))]0.5电缆载流量的计算I=KI[∆θc,Wd,R,T1,T3,T4,λ1]自行分解计算Wd*(0.5*T1+T3+T4)0.417R*((T1+(1+λ1))*(T3+T4))0.00014554(T3+T4)1.485带入上公式I=666.13A4.7直埋电缆-在土壤中不同深度、不同土壤热阻、不同环境温度对载流量影响修正系数的计算4.7.1不同直埋深度对载流量影响修正系数的计算设定，i=(1,2,3,…..6)0.81L=1.1(直埋深度m)1.21.31.4土壤热阻系数(不变)ρw=1K.m/w电缆导体间的轴间间距(不变)S1=0.25m对皱纹铝包护套U=(2*L)/(Ds+2*(tri-2+te))电缆外部热阻T4=[ρw/(2*π)]*[ln((U+(U2-1)0.5)+((1+0.5*(λ11'+λ12')/(1+λ1m'))*[ln((1+(2*l/S1)2)电缆载流量(ILi)ILi=[((∆θc-Wd*(0.5*T1+T3+T4i))/(R*(T1+(1+λ1)*(T3+T4i)))]0.5序号直埋深度(m)U值计算T4计算载流量计算关系百分比换算关系Nos.LK.m/WA%n10.815.6861.2750673.11101.05%1.0102119.6081.3105666.13100.00%1.00031.121.5691.3257663.2299.56%0.99641.223.5291.3396660.5999.17%0.99251.325.4901.3523658.2198.81%0.98861.427.4511.3641656.0298.48%0.985i=(1,2,3,…..6)0.81.010673.1111.000666.13载流量L=1.1(m)0.996(n)663.22(A)1.20.992660.591.30.988658.211.40.985656.024.7.2不同土壤热阻系数(re)对载流量影响修正系数的计算设定，i=(1,2,3,…..6)0.81ρw=1.1(土壤热阻系数k.M/W)1.21.41.6直埋深度(不变)L=1m电缆导体间的轴间间距(不变)S1=0.25m对皱纹铝包护套U=(2*L)/(Ds+2*(tri-2+te))电缆外部热阻T4=[ρw/(2*π)]*[ln((U+(U2-1)0.5)+((1+0.5*(λ11'+λ12')/(1+λ1m'))*[ln((1+(2*l/S1)2)电缆载流量(ILi)ILi=[((∆θc-Wd*(0.5*T1+T3+T4i))/(R*(T1+(1+λ1)*(T3+T4i)))]0.5序号土壤热阻(ρw)U值计算T4计算载流量计算关系百分比换算关系Nos.k.M/WK.m/WA%n10.819.6081.0484723.28108.58%1.0862119.6081.3105666.13100.00%1.00031.119.6081.4416642.1896.40%0.96441.219.6081.5726620.6193.17%0.93251.419.6081.8347583.2487.56%0.87661.619.6082.0968551.8482.84%0.828i=(1,2,3,…..6)0.81.086723.2811.000666.13载流量ρw=1.1(k.M/W)0.964(n)642.1