交联电缆载流量、短路负荷曲线、热稳定计算及相关技术参数

1交联电缆长期载流量、短路过负荷曲线、热稳定计算及相关技术参数1、电缆的长期载流量计算书1.1、电缆的载流量电缆导体上所通过的电流叫做电缆的载流量，有时也叫做电缆的“负载”或“负荷”。电缆允许连续载流量是指电缆的负载为连续恒定电流（100%负载率）时的最大允许量。电缆的载流量问题通常遇到的有两类：一类是已知电缆的结构及敷设情况，求允许的载流量；另一类是已知需要传输的负载，求电缆的导体面积。本节介绍载流量的一般计算方法。为了供使用方便，电缆的生产或使用部门常就一定的条件（如环境温度，电缆最大温度，敷设条件等），对各种规格的电缆计算出载流量，并列成“载流量表”，为了扩大其应用范围，这种表还给出了当环境温度、导体温度、敷设条件变化时的校正系数。有关载流量表列于各类产品的技术指标栏中。当已知需要传输的负载设计所需的电缆时，往往给出的是负载的“功率”（或“容量”）。输电线路的功率又分视在功率、有功功率、无功功率三种量，如果线路的电流为I（安），线路电压为Ul（千伏），负载功率因数为cocφ，则有如下关系：1.2、电缆长期载流量计算方法电缆允许连续载流量，可用导体高于环境温度的稳态温升推导出来，从电缆的等效热路按热路欧姆定律。2式中：△θ=θ－θa——高于环境温度的导体温升（℃）；θ——电缆（导体）的最高允许长期工作温度（℃）；θa——环境温度（℃）；WC=I2R——每厘米电缆的每相导体损耗（瓦/厘米）；Wd——每厘米电缆每相的介质损耗（瓦/厘米）；I——电缆的允许连续工作电流（连续载流量）（安）；R——在允许长期工作温度下每厘米电缆每相的导体交流有效电阻（欧/厘米）；T1、T2、T3、T4——每厘米电缆的绝缘热阻、衬垫热阻、护层热阻及外部热阻（℃.厘米/瓦）;n——电缆的芯数;λ1、λ2——电缆的护套及铠装损耗系数；从公式可以看出，决定电缆载流量的因素有四：电缆和各种损耗；电缆各部分的热阻；电缆的最高允许长期工作温度以及环境温度。2、电缆短时过负荷曲线电缆在运行中如果经常满载，而且导体温度已经达到最高允许温度，那么过载就会造成过热，从电缆于任何时间的温度不得超过最高允许温度这一观点来看，造成过热的过载是不允许的。但是按照一般输配电情况，电缆在一昼夜中，往往只有几个小时是满负载运3行，其余时间则低于最大允许载流量，并且导体的温度升高并不是瞬时的，它必须经过逐渐的热平衡过程而达稳定。因此可以利用导体尚未达到允许温度之前的一段时间，对电缆加以短期过载。2.1、电缆敷设于空气中允许短时过载电流与过载时间的关系式为：I`=ItteeII1)(120（1）式中：Í——允许过载电流（安）；I——允许额定载流量（安）；I0——过载前电缆的电流，（安）；t——过载时间，（秒）；τ—电缆的发热时间常数，（秒）；τ=CTC——单位长度电缆的等值热容，（焦/℃.厘米）;T—单位长度电缆的热阻及媒质热阻的总和,（℃.厘米/瓦）;II0—称为予加负载系数或过载前负载系数;II`—称为过载电流系数.这一公式是假定电缆线芯电阻R是一常数,并在忽略介质损耗的条件下导出的，如果过载前电缆没有温升,即△θ0=θ,亦在I0-0,允许过载电流为:I`=Ite11如果过载前电缆的电流情况不详,但知道导体的温升为△θ0,允许过载电流Í和允许过载时间t的关系可用下述方法确定:a.认为△θ0是由于允许过载电流Í,作用时间t1引起的温升,于是可以求出t1:)1(`20teRTIb.允许过载电流Í继续到t2达到允许温升△θm，从而可以求出t2：4)1(`2tmeRTIc.容许过载时间t=t2-t12.2、地下埋设电缆采用分区法，按上面的式1公式计算。2.3、电缆的允许短时过载温度实践证明，在短时过载时间内的电缆允许温度可以较允许长期温度高一些而对电缆寿命及性能没有明显影响。因而提出了“允许短时过载温度”这一概念。一般认为，在短时过载时间为数小时的范围内，可较长期允许温度高10~15℃左右。对于短时过载时间更短的情况，根据实验情况推荐的允许短时过载温度要更高些，如下表所示：允许短时过载温度θ2的推荐值电缆类型容许短时过载温度℃过载时间交联聚乙烯电缆2501分钟以下如果过载前电缆已在长期允许负载下工作，达到了长期允许温度θ1，电缆敷设于空气中，则短时过载电流允许倍数可按下式计算：)111(``0112teRRII式中：I——允许连续载流量（安）；Í——允许短时过载电流（安）；R——允许长期负载温度时的导体电阻（欧/厘米）；Ŕ——允许短时过载温度时的导体电阻（欧/厘米）；θa——环境温度（℃）；θ1——允许长期工作温度（℃）；θ2——允许短时过载工作温度（℃）；τ——电缆升温时间常数（秒）；t——过载电流时间（秒）。如果过载前的电流及温度尚未达到长期允许值，公式仍可应用，但I、R、5θ1的意义变化为过载前的电流、温度及电阻值（指交流电阻）。如果是地下电缆，应采用分区法计算。3、导体的热稳定计算和铜带绕包屏蔽稳定计算3.1、导体的热稳定计算导体热稳定计算,主要依据是电缆导体允许的最大短路电流值的计算.短路电流的计算公式(IEC9219-88)I2Ααt=K2S2lnQA+βQΔ+βK=（Qe（β+20）×10-12）y2P20S-导体标称截面mm2IΑα-导体短路电流t-短路时间β-温度系数的倒数QA-最终短路温度QA=2500CQΔ-起始短路温度∑c-200C时导体比热容（J/m3Ko）根据上述公式，导体的热稳定即允许最大短路电流值见下表，该短路电流的短路时间为1s,如时间为t秒,则t秒时短路电流为:It=tI铜铝导体短路电流(kA)(短路时时间1秒)导体截面mm2铜短路时起始温度℃3550658090356.205.915.625.375.15508.818.407.987.627.317012.3011.711.110.610.29516.6015.815.014.413.812020.9019.919.018.117.415026.1024.923.722.621.718532.1030.629.127.826.724041.6039.737.736.034.630051.9049.547.144.943.1640069.1065.962.659.857.450086.4082.378.374.771.7It=I1/√tkIt:tk秒钟短路电流I1:1秒钟短路电流(见上表)tk::tk秒钟3.2、铜带绕包屏蔽热稳定计算铜带的厚度：三芯电缆用不小于0.10mm，绕包搭盖率不小于15%。关于最高温度：国外选择3500C，而我们电力系统为了安全起见选择3000C，屏蔽层的起始温度，按常规均确定为900C。经采用电-热场方程的推导，得出下列温度分布方程式。Tm-To=Tm-TrP1lnDr+P2lnDΔ+P0lnDx+P2lnDP1lnDrDoDrDΔDxDo式中：Tm-导体最高温度Tm=900CTo-环境温度To=400CTr-金属屏蔽层起始温度0CP0-铜材热阻系数P0=0P1-绝缘热阻系数P1=3.5km/WP2-PVC护套热阻系数P2≈5km/WDo-导体外径mmDr-金属屏蔽外径mmDΔ-隔离层外径mmDx-铠装层外径mmD-电缆护套外径mm