長(zhǎng)期載流量計(jì)算書

1、長(zhǎng)期載流量計(jì)算書：電纜導(dǎo)體上所通過(guò)的電流叫做電纜的載流量， 有時(shí)也叫做電纜的 “負(fù)載” 或 “負(fù)荷”。電纜允許(長(zhǎng)期) 連續(xù)載流量是指電纜的負(fù)載為連續(xù)恒定電流 (100 負(fù)載率)時(shí)的最大允許量。電纜所允許的連續(xù)載流量 ,可用導(dǎo)體高于環(huán)境溫度的 穩(wěn)態(tài)溫升推導(dǎo)出來(lái)。WcWdWcT1T2T3WdWcT1=a從電纜的等效熱路圖(圖 1)按熱路歐姆定律，得：1= Wc+ Wd T1+ Wc(1+1)+ Wd nT2+ Wc(1+1+2)+ Wd n (T3+ T4)進(jìn)一步整理公式，可求得電纜長(zhǎng)期載流量 I： Wd 1 T1 n(T2 3 T4)d 2 1 2 3 4I(A)RT1 nR(1 1)T2 n

2、R(1 12)(T 3 T4)式中： a 高于環(huán)境溫度的導(dǎo)體溫升( ) ；電纜 (導(dǎo)體 )的最高允許長(zhǎng)期工作溫度 ()； a環(huán)境溫度 ()； WcI2R單位長(zhǎng)度電纜的每相導(dǎo)體損耗(W/m) ；Wd 單位長(zhǎng)度電纜的每相介質(zhì)損耗(W/m)；I電纜的允許連續(xù)工作電流(連續(xù)載流量)(A )；R在長(zhǎng)期工作溫度下每米電纜每相的導(dǎo)體交流有效電阻 ( /m)； T1 、T2 、T3 、 T4單位長(zhǎng)度電纜的絕緣熱阻、 內(nèi)襯層、外被層、 周圍媒質(zhì)熱阻 (K·m/W )； n電纜的芯數(shù)； 1、2電纜的護(hù)套及鎧裝損耗系數(shù)。從公式可以看出決定電纜載流量的因素有：1. 導(dǎo)電線芯損耗的影響導(dǎo)體的交流電阻的大小與其

3、載流量有密切關(guān)系， 導(dǎo)體交流電阻的大小取決于 導(dǎo)體半徑和導(dǎo)體的電導(dǎo)率， 為了提高導(dǎo)體的傳輸容量， 必須減少導(dǎo)體的雜質(zhì)， 提 高純度。當(dāng)然增大導(dǎo)體的截面對(duì)提高電纜的載流量有直接的影響。 一般電纜應(yīng)在 2.5A/mm2 的經(jīng)濟(jì)電流密度范圍為宜。2. 介質(zhì)損耗的影響對(duì)于 10kV 及以下的低壓系統(tǒng)，介質(zhì)損耗占的比重較小，可忽略不計(jì)。但隨 電壓等級(jí)的提高，介質(zhì)損耗 WiU02Ctg因有電壓平方的關(guān)系，故其影響會(huì) 隨電壓的增加而增大，即便 tg較小的變化也引起介質(zhì)損耗較大的變化。3. 熱阻的影響熱阻大，會(huì)導(dǎo)致散熱困難， 必然會(huì)影響傳輸功率， 當(dāng)電纜的結(jié)構(gòu)和材料一定 時(shí)，減少本體的熱阻較難， 有效的方法是

4、降低周圍媒質(zhì)的熱阻， 其主要途徑是強(qiáng) 迫冷卻。短時(shí)過(guò)負(fù)荷曲線。對(duì)于電纜過(guò)載運(yùn)行的狀況， 其電纜本身會(huì)產(chǎn)生大量的熱。 實(shí)際上導(dǎo)體的溫度升高 并不是瞬時(shí)的， 它必須經(jīng)過(guò)逐漸的熱平衡過(guò)程而穩(wěn)定， 因此， 可以利用導(dǎo)體尚未 達(dá)到允許溫度之前的一段時(shí)間，對(duì)電纜加以短期過(guò)載。 允許短時(shí)過(guò)載電流與過(guò)載時(shí)間的關(guān)系式為：I/ = I1 (I0)2e t/ 1Iet/ 1e式中：I/允許過(guò)載電流 （A ）； I允許額定載流量 （A）； I0過(guò)載之前電纜的電流（A ）；t過(guò)載時(shí)間 （s）； CT電纜的發(fā)熱時(shí)間常數(shù) （s）； C單位長(zhǎng)度電纜的等值熱容（ J/· m）T單位長(zhǎng)度電纜的熱阻及媒質(zhì)熱阻的總和（K

5、·m/W）；I 0 預(yù)加負(fù)載系數(shù)或過(guò)載前負(fù)載系數(shù)；I 過(guò)載電流系數(shù)。I這一公式是假定電纜線芯電阻 R 是一常數(shù)，并在忽略介質(zhì)損耗的條件下導(dǎo)出。 如果過(guò)載前電纜沒(méi)有溫升，即 0，亦即 I0=0，（見(jiàn)圖 2，過(guò)載曲線）， 允許過(guò)載電流為圖 1 過(guò)載前溫升 0 0 決定允許 過(guò)載電流的圖 1額定容許電流時(shí)的升溫曲線； 2過(guò)載電流時(shí)的升溫曲線如果過(guò)載前電纜的電流情況不詳，但知道導(dǎo)體的溫升為 s，（見(jiàn)圖 3，過(guò) 載曲線），允許過(guò)載電流 I/和允許過(guò)載時(shí)間 t 的關(guān)系可用以下方法確定：認(rèn)為 0是由于允許過(guò)載電流 I/，作用時(shí)間 t1引起的溫升，由此可求出 t1： 0（I/）2RT 1 e t1/

6、允許過(guò)載電流 I/繼續(xù)到 t2 達(dá)到允許溫度 m，從而可求出 t2：0（I/）2RT 1 e t2/由此可知允許過(guò)載時(shí)間 t= t2 t1（s）。圖 2 過(guò)載前電纜溫升為 0 >0 時(shí)決定 允許過(guò)載電流的曲線導(dǎo)體和金屬屏蔽熱穩(wěn)定計(jì)算書導(dǎo)體熱穩(wěn)定計(jì)算書 假定只考慮導(dǎo)電線芯損耗，設(shè)到電線芯半徑為 rc，絕緣半徑為 R。則穩(wěn)態(tài)時(shí)的絕 緣層中的溫度分布公式，即拉普拉斯方程形式： 2 0可改寫為 1 d r d0r dr dr則兩次積分得 C1lnr+C2 （C1、C2為積分常數(shù) ），可據(jù)初始條件求取。當(dāng) r=rc時(shí)， c（線芯溫度 ），故有cC1lnr+C2又因在穩(wěn)態(tài)情況下，線芯產(chǎn)生的熱流可認(rèn)為

7、全部進(jìn)入絕緣層，則據(jù)富式定律WWc=2 r cdr rcdr c對(duì)其求導(dǎo)，進(jìn)一步整理得：c Wc ln R2Rc上式即為穩(wěn)態(tài)時(shí)絕緣層中任一點(diǎn)的溫度分布公式。 那么這一溫度為導(dǎo)體的熱 能損耗所產(chǎn)生。而單位長(zhǎng)度電纜在其允許工作溫度時(shí)每項(xiàng)導(dǎo)體損耗WcI2R（W/m）I導(dǎo)體電流（ A）；R單位長(zhǎng)度電纜在其允許工作溫度時(shí)每項(xiàng)導(dǎo)體的交流電阻（ /m）。 當(dāng)導(dǎo)體溫度升高時(shí)，所產(chǎn)生的熱流可分為兩部分，一部分為W/，散入介質(zhì)當(dāng)中，影響了絕緣及護(hù)層的機(jī)械性能；另一部分為 W/作為導(dǎo)體自身溫度升高所 吸收的熱量， 其交流電阻會(huì)增大， 從而導(dǎo)致?lián)p耗會(huì)加大， 另外也很大程度上限制 了其載流量。從以上說(shuō)明中可知，電纜的運(yùn)

8、行應(yīng)按以上理論公式使其控制所承受的溫度范 圍內(nèi)，否則長(zhǎng)期滿載或過(guò)載運(yùn)行將會(huì)很大程度上影響電纜的電氣性能和機(jī)械性金屬屏蔽熱穩(wěn)定計(jì)算書金屬屏蔽的起始溫度對(duì)三芯電纜均采用電纜導(dǎo)體的最高溫度， 有一部分金屬 屏蔽層包圍在導(dǎo)體內(nèi)， 應(yīng)選用導(dǎo)體的最高溫度， 對(duì)單芯電纜， 金屬屏蔽層全部在 導(dǎo)體外面， 溫度較導(dǎo)體低得多， 且每種單芯電纜的型號(hào)規(guī)格均不一致， 絕緣和護(hù) 層熱阻大小比例各不相同， 金屬屏蔽層的起始溫度也不一樣， 經(jīng)電、熱方程推導(dǎo)， 可求得下列溫度分布方程式：TmTmTr1 lnDrD0lnDDr0 lnDx2 lnDTDx1 lnDrD0式中： Tm導(dǎo)體最高溫度 T0環(huán)境最高溫度 Tr金屬屏蔽層

9、起始溫度0鋼才熱阻系數(shù) 0 01絕緣熱阻系數(shù) （K·m/W ）2護(hù)套熱阻系數(shù)（ K·m/W ）D0導(dǎo)體外徑 （ mm）Dr金屬屏蔽外徑 （mm ） D隔離套外徑，對(duì)非狀鎧電纜 D 0 （mm） Dx鎧裝層外徑 （mm）上述公式中， 直埋電纜的環(huán)境溫度較低， 但直埋電纜和外終端連接處環(huán)境溫度仍 很高，利用上述方程即可求出電纜金屬屏蔽層的起始溫度 Tr，即 Tr。 允許彎曲半徑運(yùn)行覆設(shè)單芯裝鎧40r25 r非裝鎧35r20r多芯裝鎧30r20 r非裝鎧30r1215r備注： r 為電纜的半徑 mm。20時(shí)到電線芯直流電阻見(jiàn)表 1表1 單芯和多芯電纜用第 1種實(shí)心導(dǎo)體標(biāo)稱截20時(shí)

10、的導(dǎo)體最大電阻/km面圓銅導(dǎo)體圓或成型鋁2 mm不鍍金屬鍍金屬導(dǎo)體0.536.036.7-0.7524.524.8-118.118.2-1.512.112.218.12)2.57.417.5612.12)44.614.707.412)63.083.114.612)101.831.843.082)161.151.161.912)表 2 單芯和多芯電纜用第 2 種絞合導(dǎo)體標(biāo)稱截面 mm220時(shí)的導(dǎo)體最大電阻 /km銅導(dǎo)體鋁導(dǎo)體不鍍金屬鍍金屬0.536.036.7-0.7524.524.8-118.118.2-1.512.112.2-2.57.417.56-44.614.707.4163.083.1

11、14.61101.831.843.08161.151.161.91250.7270.7341.20350.5240.5290.868500.3870.3910.641700.2680.2700.443950.1930.1950.3201200.1530.0540.2531500.1240.1260.2061850.09910.1000.1642400.07540.07620.1253000.06010.06070.1004000.04700.04750.07782. 外護(hù)套體積電阻率按下公式計(jì)算 :ln2(DL/Rd) m式中： R絕緣電阻測(cè)量值 , ；L 試樣長(zhǎng)度， m； d絕緣內(nèi)徑， mm

12、 D絕緣外徑， mm。材料名稱tg聚氯乙烯絕緣8.00.1聚乙烯絕緣2.30.001交聯(lián)聚乙烯絕緣2.50.008絕緣材料相對(duì)介電常數(shù)及 tg單芯圓形單位長(zhǎng)度的電容計(jì)算公式為：C 55.7 ×10-12F/mDi3. 絕緣的 tg電容值lnDc式中： 絕緣材料的相對(duì)介電常數(shù)；Di 絕緣外徑（不包括絕緣半導(dǎo)電層）， mm；Dc導(dǎo)體外徑（包括導(dǎo)體半導(dǎo)電層）， mm； 對(duì)于多芯圓形電纜，三芯聯(lián)在一起對(duì)金屬屏蔽層（或金屬護(hù)套）的電容：C55.7 nln DiDc-12×10-12F/m對(duì)于扇形電纜，三芯聯(lián)在一起對(duì)金屬屏蔽層（或金屬護(hù)套）的電容：C55.7 nln Di FDc

13、15;10-12F/m這里 n為芯數(shù)， F為扇形較正因數(shù)，一般取（ 0.61.0）4. 正負(fù)序阻抗系統(tǒng)在對(duì)稱狀態(tài)下短路時(shí)，短路阻抗 ZZ1Z2，其中 Z1及 Z2 即為正序和負(fù)序阻抗，其計(jì)算公式為：ZR+jXZ Z1Z2X=L2fL（f為頻率，L 為電纜的電感）LLi+Le=0.5×10-7H/m+（2ln 2s ） ×10-7H/mDc式中： R導(dǎo)體的交流電阻值（在工作溫度下）， /m；X正、負(fù)序電抗值；Dc導(dǎo)體外徑， mm；s導(dǎo)體軸間距離， mm。同理，電纜的零序阻抗 Z0，即在不對(duì)稱短路時(shí)，通過(guò)接地屏蔽的短路電流時(shí)阻抗，同樣：Z0R0+R+ jX式中： R0金屬屏蔽的交流電阻值， /m；R導(dǎo)體的交流電阻值（在工作溫度下）， /m；X0零序電抗值； X0= L0L0 零序電抗，即導(dǎo)體和金屬屏蔽間產(chǎn)生的電感。L0 2ln GMDS ×10-7 H/m0 GMR如考慮銅帶的厚度 ,電纜的幾何均據(jù) GMDS 計(jì)算公式為：r 4 r 3r 2 r 2lnGMDS=lnr 2 2 r1 2 2 ln r2 3r1 2 r22（r22 r12 ）2 r1 4（r22 r12）其中 （r2r1）為銅帶厚度，由于銅帶很薄，可考慮 r2r1r，r 為金屬屏蔽內(nèi)半徑。則： GMDS r同理： GMR0.7788r0則L