33kV銅絲屏蔽風(fēng)力發(fā)電電纜產(chǎn)品設(shè)計(jì)書(載流量、短路電流、短時(shí)過(guò)負(fù)荷、過(guò)負(fù)荷曲線、感應(yīng)電壓、絕緣設(shè)計(jì))

鑒定資料之八額定電壓19/33 kV銅芯交聯(lián)聚乙烯絕緣雙護(hù)套風(fēng)力發(fā)電電力電纜產(chǎn)品設(shè)計(jì)計(jì)算書XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX年XX月75產(chǎn)品設(shè)計(jì)計(jì)算書一. 產(chǎn)品設(shè)計(jì)計(jì)算依據(jù)：電力電纜設(shè)計(jì)原理（哈爾濱理工大學(xué) 卓金玉 編著）、AS/NZS 1429.1:2006 工作電壓1.9/3.3(3.6)kV至19/33(36)kV電力電纜二.電纜機(jī)構(gòu)尺寸、性能的設(shè)計(jì)計(jì)算：1. 電纜結(jié)構(gòu)圖及尺寸2. FY-YJSY03 19/33 kV 11000電纜結(jié)構(gòu)表型號(hào)規(guī)格導(dǎo)體結(jié)構(gòu)mm半導(dǎo)電尼龍帶mm半導(dǎo)電特多龍帶mm導(dǎo)體屏蔽mmXLPE絕緣mm絕緣屏蔽mm根數(shù)/線徑外徑根厚搭蓋率外徑根厚搭蓋率外徑厚度最薄點(diǎn)標(biāo)稱值最薄點(diǎn)偏心度%厚度最薄點(diǎn)線芯外徑FY-YJSY03 19/33 kV 11000537/2.8139.410.1250%39.910.250%40.71.00.908.07.208 0.90.8161.2型號(hào)規(guī)格銅絲+銅帶屏蔽mm半導(dǎo)電阻水帶mm鋁塑復(fù)合帶mmLLDPE內(nèi)護(hù)套mm防白蟻HDPE mm根數(shù)/線徑絞向銅絲節(jié)距外徑根厚搭蓋率外徑厚寬外徑標(biāo)稱值最薄點(diǎn)外徑標(biāo)稱值最薄點(diǎn)外徑FY-YJSY03 19/33 kV 1100046/1.35左向5446078.59.5倍63.010.530%65.00.222065.61.91.6269.42.11.7973.63. 電纜技術(shù)數(shù)據(jù)表： FY-YJSY03 19/33 kV 11000風(fēng)力發(fā)電電力電纜技術(shù)表項(xiàng) 目單 位設(shè) 計(jì) 值額定電壓U0/UkV19/33系統(tǒng)最高電壓UmkV36電纜芯數(shù)1導(dǎo) 體a)截面mm21000b)材料無(wú)氧銅桿c)類型五分割圓形d)外徑mm39.4導(dǎo)體屏蔽層a)材料半導(dǎo)電特多龍帶+半導(dǎo)電交聯(lián)屏蔽料b)標(biāo)稱厚度mm（0.8+1.0）c)最大電阻率（90）.m1000項(xiàng) 目單 位設(shè) 計(jì) 值絕 緣a) 材料XLPEb) 擠包方式和交聯(lián)方式三層共擠，干法交聯(lián)c) 標(biāo)稱厚度mm8.0d）最小厚度mm7.10e) 短時(shí)工頻擊穿場(chǎng)強(qiáng)kV/mm25f) 抗拉強(qiáng)度MPa12.5g) 斷裂伸長(zhǎng)率%200h) 熱延伸（負(fù)載下延伸率）%175冷卻后永久變形率%15i) 雜質(zhì)最大尺寸mm0.08絕緣屏蔽層a)材料半導(dǎo)電屏蔽交聯(lián)料b)標(biāo)稱厚度mm0.8c)最大電阻率（90）.m500金屬屏蔽a)材料銅絲+銅帶b)銅絲線徑/銅帶厚度mm1.35/0.12c)截面mm265.8包 帶a)材料半導(dǎo)電阻水帶b)標(biāo)稱厚度mm0.5c)繞包方式單層重疊搭蓋繞包項(xiàng) 目單 位設(shè) 計(jì) 值防水層a)材料鋁塑復(fù)合帶+LLDPEb)標(biāo)稱厚度mm0.2/1.9c)擠出最薄點(diǎn)厚度mm1.62外護(hù)套a)材料防白蟻HDPEb)標(biāo)稱厚度mm2.1c)最薄點(diǎn)厚度mm1.79電纜總外徑mm73.6最小允許彎曲半徑a)施工中mm1900b)運(yùn)行中mm1000導(dǎo)體允許運(yùn)行時(shí)最高溫度a)正常90b)短路250導(dǎo)體直流電阻(20)/km 0.0176最大允許短路電流 1 sa)導(dǎo)體kA146.7b)金屬屏蔽kA9.84. 長(zhǎng)期載流量計(jì)算書FY-YJSY03 19/33 kV 11000澳大利亞使用條件及必要系數(shù)：序 號(hào)項(xiàng) 目單 位數(shù) 據(jù)1電壓U0/UkV19/332頻率fHz503介電常數(shù)e2.34介電損耗角正切tg0.00085銅導(dǎo)體電阻溫度系數(shù)1/3.9310-36金屬屏蔽電阻溫度系數(shù)1/3.9310-37XLPE絕緣熱阻系數(shù)k.m/w3.508PE外護(hù)套的熱阻系數(shù)km/w3.509運(yùn)行時(shí)導(dǎo)體溫度9010運(yùn)行時(shí)金屬屏蔽溫度7011空氣溫度（夏季）4012土壤溫度（夏季）2513接地方式一點(diǎn)接地或交叉互聯(lián)14土壤熱阻系數(shù)k.m/w1.215敷設(shè)深度(最深)mm1000如圖：?jiǎn)涡酒帘涡碗娎|等效熱路圖 WC+Wi WC+Wi+WS C T1 S T3 e T4 0熱路方程為： c-0 =（c-s）+（s-e）+（e-a） c式中為導(dǎo)體允許最高溫度；a為周圍媒質(zhì)溫度；s為金屬屏蔽溫度；s為電纜表面的溫度。對(duì)上式帶入各路損耗，及熱阻并進(jìn)行化簡(jiǎn)，可得具體載流量計(jì)算公式：其中：I ：截流量（A） ：=c-a，導(dǎo)體溫度與環(huán)境溫度之差（） Rc : 90時(shí)導(dǎo)體交流電阻（/km） Wc、Wi：導(dǎo)體損耗和絕緣介質(zhì)損耗 1： 金屬屏蔽層的損耗因數(shù) T1 ：導(dǎo)體與金屬屏蔽間絕緣層熱阻（k.m/w） T3 ：電纜外護(hù)套熱阻（k.m/w） T4 ：電纜表面與周圍媒介之間熱阻熱阻（k.m/w）1） 導(dǎo)體交流電阻Rc的計(jì)算： Rc= R、（1+ys+yp） R、= R01+a20(90-20) 其中： R、：最高運(yùn)行溫度下導(dǎo)體直流電阻（.m）ys：集膚效應(yīng)yp：鄰近效應(yīng)R0：20時(shí)導(dǎo)體直流電阻（.m）a20：20時(shí)導(dǎo)體的溫度系數(shù) 其中f為電源頻率，工頻為50Hz, R為單位長(zhǎng)度電纜導(dǎo)體線芯直流電阻，對(duì)于圓形緊壓導(dǎo)體ks=1：分割導(dǎo)體 ks=0.435。 其中：Dc為線芯外徑，kp對(duì)于圓形緊壓導(dǎo)體kP=1; 分割導(dǎo)體 kP=0.37，s為線芯中心軸間距離。2） 介質(zhì)損耗Wi的計(jì)算： 其中：U0為對(duì)地電壓； C為電容；為電源角頻率；3） 金屬屏蔽損耗1的計(jì)算： 1=1+1其中：1環(huán)流損耗， 1渦流損耗對(duì)于單芯電纜分割導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中1可忽略不計(jì)；1渦流損耗用下式計(jì)算： 1=1 1的計(jì)算：式中： Rc為90導(dǎo)體交流電阻；Rs為單位長(zhǎng)度金屬屏蔽電阻；gs為相鄰電纜引起該電纜金屬屏蔽的渦流損耗；ts為金屬屏蔽銅絲直徑； 為工作溫度下金屬屏蔽材料電阻率； DS為金屬屏蔽直徑；a.三角形排列時(shí) 2=0b.平行排列時(shí)1)中心電纜（B相） 2=0其中：2)外側(cè)超前相（A相）3)外側(cè)滯后相（C相） 4） 鎧裝層損耗2的計(jì)算： 2=0 5） 熱阻的計(jì)算5.1銅絲屏蔽電纜熱阻T1的計(jì)算熱阻式中：T1為絕緣材料熱阻系數(shù)(km/w) Dc為導(dǎo)體直徑(mm)；Dwb為絕緣屏蔽外徑；5.2熱阻T2的計(jì)算 熱阻T2=05.3外護(hù)套熱阻T3的計(jì)算 其中：Ds為金屬屏蔽外直徑；t3-內(nèi)外護(hù)套厚度之和； T3-外護(hù)套熱阻系數(shù)。5.4外部熱阻T4計(jì)算5.4.1土壤中敷設(shè)5.4.1.1銅絲屏蔽電纜平面排列相互接觸的三根單芯電纜熱阻T4：其中：為土壤熱阻系數(shù)。 De為電纜外徑。5.4.1.2銅絲屏蔽電纜三角形排列相互接觸熱阻T4：5.4.2 空氣中敷設(shè)其中： De：電纜外徑 (mm) h: 散熱系數(shù) ：反復(fù)疊代直至?xí)r為止的值即為。 當(dāng)空氣中敷設(shè)有強(qiáng)制冷卻措施時(shí)，回路數(shù)對(duì)載流量基本沒(méi)有影響。電纜連續(xù)載流量主要計(jì)算參數(shù)數(shù)據(jù)表項(xiàng) 目單 位數(shù)據(jù)電纜截面mm21000電纜排列方式 水平排列軸間距mm150150敷設(shè)場(chǎng)所土壤中空氣中土壤熱阻系數(shù)km/w1.2/導(dǎo)體電阻 (DC 20時(shí))/km0.01760.0176導(dǎo)體交流電阻 (AC 90時(shí))/km0.02330.0233導(dǎo)體與金屬屏蔽之間的電容F0.40720.4072介質(zhì)損耗W/m0.036940.03694金屬屏蔽的損耗/0.035890.03589導(dǎo)體與金屬屏蔽之間的熱阻km/w0.262480.26248非金屬護(hù)套熱阻km/w0.13860.1386敷設(shè)在土壤之間的熱阻km/w2.1070/敷設(shè)在空氣之間的熱阻km/w/0.4068電纜芯數(shù)/11最高使用溫度90.090.0環(huán)境溫度25.040.0高于環(huán)境溫度的導(dǎo)體溫度65.050.0連續(xù)載流量A16891087電纜連續(xù)載流量主要計(jì)算參數(shù)數(shù)據(jù)表項(xiàng) 目單 位數(shù)據(jù)電纜截面mm21000電纜排列方式 等邊三角形排列軸間距mm7575敷設(shè)場(chǎng)所土壤中空氣中土壤熱阻系數(shù)km/w1.2/導(dǎo)體電阻 (DC 20時(shí))/km0.01760.0176導(dǎo)體交流電阻 (AC 90時(shí))/km0.02330.0233導(dǎo)體與金屬屏蔽之間的電容F0.40720.4072介質(zhì)損耗W/m0.036940.03694金屬屏蔽的損耗/0.073060.07306導(dǎo)體與金屬屏蔽之間的熱阻km/w0.262480.26248非金屬護(hù)套熱阻km/w0.13860.1386敷設(shè)在土壤之間的熱阻km/w1.9282/敷設(shè)在空氣之間的熱阻km/w/0.7015電纜芯數(shù)/11最高使用溫度90.090.0環(huán)境溫度25.040.0高于環(huán)境溫度的導(dǎo)體溫度65.050.0連續(xù)載流量A151311135. 導(dǎo)體和金屬屏蔽熱穩(wěn)定計(jì)算書4.1 金屬屏蔽的短路電流絕熱狀態(tài)下短路電流的計(jì)算公式如下： 式中: IAD為絕熱狀態(tài)下金屬屏蔽的短路電流，A； t為短路時(shí)間，sec.； K為常數(shù),A.s1/2/mm2； S為金屬屏蔽截面； f短路終止溫度； i短路起始溫度； 為常數(shù)，234.5。金屬屏蔽的截面積 式中：d為銅絲線徑，mm； n為銅絲根數(shù)，mm；當(dāng)電纜處于非絕熱狀態(tài)下時(shí)，應(yīng)考慮如下系數(shù)：式中：2，3 為金屬屏蔽層四周媒質(zhì)的比熱，J/Km3； 2，3為金屬屏蔽層四周媒質(zhì)的熱阻，km/W； 1為金屬屏蔽的比熱，J/Km3； 為金屬屏蔽的厚度，mm； F為常數(shù)，一般取0.7。因此因數(shù)為： 式中：t為短路時(shí)間，金屬屏蔽非絕熱狀態(tài)下的短路電流為： I=IAD 式中：I為非絕熱狀態(tài)下的短路電流。金屬屏蔽的短路電流計(jì)算結(jié)果項(xiàng) 目單 位數(shù) 據(jù)電纜標(biāo)稱截面mm21000短路終止溫度f(wàn)250短路起始溫度i80常數(shù)234.5常數(shù)KA.s1/2/mm2226金屬屏蔽截面積mm265.8金屬屏蔽層四周媒質(zhì)的比熱2J/Km33.45106金屬屏蔽層四周媒質(zhì)的比熱3J/Km32.4106金屬屏蔽層四周媒質(zhì)的熱阻2km/W4.25金屬屏蔽層四周媒質(zhì)的熱阻3km/W3.5金屬屏蔽的比熱1J/Km33.4106屏蔽銅絲線徑mm1.35常數(shù)F/0.5常數(shù)/1.0812參數(shù)M/0.09418屏蔽銅絲在絕熱狀態(tài)下的短路電流IADkA/1s9.8屏蔽銅絲在非絕熱狀態(tài)下的短路電流IkA/1s10.64.2導(dǎo)體非絕熱狀態(tài)下的短路電流的計(jì)算絕熱狀態(tài)下短路電流的計(jì)算公式如下： 這里，各參數(shù)的含義見(jiàn)2.1條。考慮到非絕熱狀態(tài)， 式中：X、Y為計(jì)算常數(shù)，分別為0.41 mm2/s和0.12 mm2/s s為導(dǎo)體截面 t為時(shí)間1 s導(dǎo)體非絕熱狀態(tài)下的短路電流I = IAD導(dǎo)體短路電流計(jì)算結(jié)果項(xiàng) 目單 位數(shù) 據(jù)電纜標(biāo)稱截面mm21000短路終止溫度f(wàn)250短路起始溫度i90常數(shù)234.5常數(shù)KA.s1/2/mm2226常數(shù)Xmm2/s0.41常數(shù)Ymm2/s0.12常數(shù)-1.0064短路時(shí)間ts1.0導(dǎo)體在絕熱狀態(tài)下的短路電流IADkA146.7導(dǎo)體在非絕熱狀態(tài)下的短路電流IkA147.66. 短時(shí)間過(guò)負(fù)荷載流量計(jì)算書完整的溫度響應(yīng)土壤中(t)=c(t)+*e(t)2.32300=234.5234.5(a)=t/(1+(c(t)-h(t)-(t)/(0+ci(t)1.9725(d)=Wd*(0.5T1+n*(T2+T3+T4)0.7093r=2(t)/c(t)1.1667h1=io/I1.00R20=0.00001761.76E-05初始溫度時(shí)的交流電阻值RDC90=R0(1+20(-20)2.24E-05Xs2=8f*10-7*ks/R2.4351ys=Xs4/(192+0.8*Xs4)0.0301Xp2=8f*10-7/RDC90*kp2.0712yk=Xp4/(192+0.8*Xp4)0.0220yp=yk*(dc/s)2*(0.312*(dc/s)2+1.18/(yk+0.27)0.0139R=RDC90(1+ys+yp)2.34E-05Ri=(1+(ci(t)-20)*Rdc*(1+ys+yp)/10002.34E-05最高溫度（過(guò)負(fù)荷時(shí)）時(shí)的交流電阻值RDC250=R0(1+20(-20)2.35E-05Xs2=8f*10-7*ks/R2.3282ys=Xs4/(192+0.8*Xs4)0.0276Xp2=8f*10-7/RDC90*kp1.9803yk=Xp4/(192+0.8*Xp4)0.0201yp=yk*(dc/s)2*(0.312*(dc/s)2+1.18/(yk+0.27)0.0128Rmax=(1+(2(t)-20)*Rdc*(1+ys+yp)/10002.44E-05(w)=2(t)-h(t)-(d)74.32573空氣中(t)=(c)6.64800=234.5234.5(a)=(t)/(1+(c(t)-h(t)-(t)/(0+ci(t)5.8645(d)=wd*(0.5T1+n*(T2+T3+T4)0.1835r=2(t)/c(t)1.1667h1=io/I1.00Ri=(1+(ci(t)-20)*Rdc*(1+ys+yp)/10002.34E-05Rmax=(1+(2(t)-20)*Rdc*(1+ys+yp)/10002.44E-05(w)=2(t)-h(t)-(d)64.827317. 短時(shí)間過(guò)負(fù)荷曲線8. 金屬屏蔽感應(yīng)電壓計(jì)算書7.1等邊三角形敷設(shè)其中,S為電纜導(dǎo)體軸間距,mmrs為電纜金屬屏蔽的半徑,mmI負(fù)載電流,A可得金屬屏蔽感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)有效值Us =53.4V/km。7.2 水平等距敷設(shè)中間相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)96超前相、滯后相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) Us1=Us3=IXs2+XSXm+Xm2Xs為兩根相鄰電纜單位長(zhǎng)度金屬屏蔽的電抗，/m；Xm為電纜平面排列時(shí)，某一外側(cè)電纜金屬屏蔽與另兩根電纜導(dǎo)體之間單位長(zhǎng)度電纜的互抗，/m；Xm=2ln210-7=0.43510-4可得金屬屏蔽感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)有效值Us1=Us3=123.1V/km、Us2=96.1V/km。9. 電纜絕緣設(shè)計(jì)方案項(xiàng) 目符號(hào)單位數(shù)值交流標(biāo)稱電壓UkV33系統(tǒng)最高電壓UmkV36對(duì)地最高電壓U0kV19溫度系數(shù)（高溫90）K11.1設(shè)計(jì)壽命年 30v-t系數(shù)n12老化系數(shù)K24產(chǎn)品試驗(yàn)等不確定裕度系數(shù)K31.1AC設(shè)計(jì)電位梯度ELACkV/mm25交流電壓下確定的絕緣厚度tACmm4.0系統(tǒng)耐雷電沖擊電壓BILkV/mm200沖溫度系數(shù)I11.1老化系數(shù)I21.1產(chǎn)品試驗(yàn)等不確定裕度系數(shù)I31.1擊imp設(shè)計(jì)電位梯度ELimpkV/mm45沖擊電壓下確定的絕緣厚度timpmm5.9設(shè)計(jì)最小絕緣厚度tBmmm5.9國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的標(biāo)稱絕緣厚度t0mm8.0我司規(guī)定絕緣最小厚度tminmm7.28.1 AC電壓時(shí)的設(shè)計(jì)對(duì)于AC電壓，將設(shè)計(jì)壽命作為30年，來(lái)設(shè)計(jì)絕緣厚度。8.1.1 計(jì)算公式計(jì)算公式如下所示： tAC：必要絕緣厚 （mm） Um：線間最高電壓 （kV） K1：溫度系數(shù) K2：壽命系數(shù) K3：產(chǎn)品試驗(yàn)等不確定要素系數(shù)（1.1） EL(AC)：AC設(shè)計(jì)電位梯度（kV/mm）用這個(gè)公式（1）式可以求得絕緣厚度。8.1.2 線間最高電壓（Um）線間最高電壓（Um）是指用戶系統(tǒng)運(yùn)行中，高于可能外加的最高電壓，進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)必須將此值明確。8.1.3 溫度系數(shù)K1為1.1。8.1.4 壽命系數(shù)（K2）壽命系數(shù)（K2）是基于下面的思考方法思考決定的。即vnt=常數(shù)，這一思考方法，也就是說(shuō)將v作為向電纜施加的電壓，將t作為通電時(shí)間，用兩對(duì)數(shù)圖表表示時(shí)，梯度（n）是常數(shù)。60年代，國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議（CIGRE）先后就XLPE電纜基于抽樣存在微孔的長(zhǎng)期試驗(yàn)，提出n應(yīng)取12較安全。若按使用壽命為30年，則K2=4。日本等國(guó)家以往多按此方法設(shè)計(jì)。8.1.5 產(chǎn)品試驗(yàn)等不確定要素系數(shù)（K3）此值是對(duì)將來(lái)有可能發(fā)生的事情的安全系數(shù)，采用1.1。8.1.6 AC設(shè)計(jì)電位梯度（EL(AC)）EL本來(lái)是將破壞數(shù)據(jù)進(jìn)行威爾布解析而求得的該位置的參考，是絕對(duì)不破壞的電場(chǎng)。 JB/T 10437-2004申明：35 kV及以下交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜用XLPE絕緣料工頻擊穿場(chǎng)強(qiáng)應(yīng)25 kV/mm，因此我們采用EL=25 kV/mm作為計(jì)算數(shù)據(jù)。8.2. Imp電壓的設(shè)計(jì)對(duì)于Imp電壓，使用BIL（Basic Impulse Level）設(shè)計(jì)電位梯度（EL）以及諸系數(shù)