电缆-课程设计

1、电力电缆构造设计原理课程设计电缆型号：YJQ03 127/220 11600)班 级： XXXX 姓 名： XXXX 学 号： XXXXXX2021年6月 29日导线线芯与电缆构造的选择I.选择导电线芯构造，绝缘层构造及护套构造导线线芯采用铜单线紧压绞合圆形线芯构造。从技术上说，要求线芯材料电导率高和加工性能好。线芯的作用是传输电流，高电导系数可以减少线芯损耗。加工性能好便于线芯拉制和绞合加工。本电缆采用GB/T3953中的TR型圆铜线。1.2 导线线芯构造的选择从填充系数和稳定性考虑，中心为一根导线的规那么绞合构造最正确，绞合后应予以紧压，使构造紧凑，线芯外表光滑，减少多导丝效应。本电缆采用

2、一次紧压。绝缘构造的选择2.1导体屏蔽、绝缘、绝缘屏蔽标称截面大于500mm2的电缆导体屏蔽应由半导电包带和挤爆半导电层组成，大于8002的电缆导体用分割导体，分割47扇；绝缘料为交联聚乙烯，代号XLPE，要求做到“超净，严防杂质和水分侵入；绝缘屏蔽层应为挤包半导电层。半导体材料为可交联型的，有聚乙烯和炭黑组成。2.2金属套：铅套应采用符合JB5268.2规定的铅合金。铅套厚度应符合GB/Z18890.1-2002中10.7.1要求。当不能满足用户的短路电容量的要求时，应采取增加金属套厚度或在金属套下增加疏绕铜丝在疏绕铜丝外用反向绕包的铜丝或铜带扎紧等措施，本设计中采用后者。2.3外护套：在金

3、属套外表应有电缆沥青或热熔胶防腐涂层。采用聚氯乙烯PVC材料做外披层，为了对外披层测试方便，外表应有石墨导电涂层。II、构造示意图及其优缺点铜屏蔽优点：构造稳定，填充系数高，紧压后外径缩小，线芯外表光滑；金属套损耗较小；传输容量高；在允许过滤倍数情况下可持续工作时间长。缺点：体积较大，本钱高；弯曲困难，生产和敷设难度较大。III.拟定电缆各局部的预先尺寸线芯尺寸根据设计题目的要求与有关材料,对线芯构造做如下选择: 取单线根数:217 绞合层n:9标称截面积为1600mm2 设单线直径为d；由得: = = 3.1取压紧系数为：90% 紧压系数范围85%91%线芯直径Dc 为：Dc =2n-1d9

4、0%=46.9紧压圆形线芯的构造及外径截面积/2一次紧压线芯中心层/根第一层/根第二层/根第三层/根第四层/根第五层/根16001612182430第六层/根第七层/根第八层/根第九层/根外径/外径缩小到/%36424890导体屏蔽层： 国标 半导电包带厚度1 ：0.5， 挤包半导电层厚度2：1.5， 导体屏蔽层外径Dc ：Dc =Dc +2(1+2=46.9+21.5+0.5)=50.9绝缘层： 国标 厚度i ：26， 外径Di ：Di =Dc +2i =50.9+226=102.9绝缘屏蔽层： 国标 厚度3：1 外径Dj ：Dj =Di +23=102.9+21=104.9铜屏蔽： 国标

5、厚度s1：0.3, 外径Ds1 ：Ds1=Dj +2s1 =104.9+20.3=105.5铅套： 国标 厚度s2 ：3.3， 外径Ds2 ：Ds2=Ds1+2s2=105.5+23.3=112.1外护层： 国标 厚度s ：5.0， 外径Da ：Da=Ds2+2s=112.3+25=122.1电缆的电性计算： 1.选择绝缘水平工频和脉冲击穿强度。根据设计题目要求和相关标准,绝缘水平 UBIL=6U0+40KV 书47,再按电压等级取标准，式中：U0-工作相电压，U0 =127KV；UBIL=802KV，取标准为：UBIL=1050KV (国标GB18890.3-2002)。工频击穿强度：Eav

6、=20kv/ (书75);脉冲击穿强度：Eav=63kv/ (书74)； 核取代绝缘厚度： 2.1工频： 式中：U0 -工作相电压，U0 =127 KV;K3-工频电老化系数，XLPE寿命指数n=9时，K3取4.Eav-平均工频击穿场强，Eav=20kv/;得 ：1= 1274/20=25.4。 2.2 脉冲： 式中：UBIL-脉冲试验电压，UBIL=1050kv； K1-脉冲电压老化系数，可取1.2； K2-绝缘层温度系数，可取1.3； Eav-平均脉冲击穿强度，Eav=63kv/; 得：=1050. 绝缘层厚度应取两者中较大值，但两者均小于等于国标绝缘 厚度，故绝缘厚度仍按国标取值i=26

7、。计算电缆的绝缘利用系数： 式中：rc-线芯半径包括内半导电层厚度rc=Dc/2+1+2=25.45； R-绝缘半径 R=Dc/2=102.9/2=51.45; 带入数据得：=68.9%沿电缆绝缘径向的电场分布： E=U0 /r 式中：U0-工作相电压； r-绝缘中任意一点到电缆中心的距离。 由上式可知：电场分布和r成反比，最大场强Emax 位于线芯外表： 代入数据得： Emax=7kv/最小场强：=3.5 KV/ 代入数据得：Emin=3.5kv/确定电缆最终各局部尺寸： 电缆最终各局部尺寸仍按预定尺寸，如下： 构造线芯导体屏蔽层绝缘层绝缘屏蔽层铜屏蔽铅套外护层厚度符号1、 2i3s1s2s

8、5尺寸/261外径符号DcDcD1D1Ds1Ds2Da尺寸/电气参数计算：6.1导电线芯电阻：最高工作温度下，单位长度导电线芯直流电阻: R=R(1+ys+yp) ；式中： R最高工作温度下，单位长度导电线芯直流电阻，单位/m； yS集肤效应因数； yP邻近效应因数；R=1+(20)k1k2k3k4k5 =【1+0.003939020)2210-5 /m;A线芯截面积，A=zd/4线芯在20时的电阻率；电缆最高工作温度；k1单根导线加工过程中引起的金属电阻率增加所引入的系数；k2多根导线绞合使单线长度增加所以如的系数；k3紧压使导线发硬引起电阻率增加所以入的系数；k4成缆绞合使线长度增加所引入

9、的系数；k5考虑导线允许公差所引入的系数；20、k1、k2、k3、k4、k5、R值见下表：20 k1k2k3k4k5R10-690110-5 ys = =85010-710-5=85010-710-5式中： s线芯中心轴间距离，可取220；DC 线芯外径； f电源频率；10-5/m；6.2 绝缘电阻： =1014(/m) 式中：绝缘电阻系数，可取1015/m G 代入数值得：Ri1014/m 10-12 = 10-10(F/m) 式中： 绝缘的相对介电常数，取2.5； G几何因数，取0.7；10-10 F/m 电缆采用三相水平直线敷设方式，正规换位，故电感取三相平均值，由 ： L=Li210-

10、7 (H/m) 式中：Li10-7；s同上.10-7 (H/m) 根据有关资料，标准查得： Z1=Z2=RC+jX=(0.0157+j0.6) /km 根据有关资料，标准零序阻抗为正负序阻抗的倍数取3.5，故有： Z01=(0.055+j2.1)(/km)热性计算：1.1.份额局部热阻的计算： 绝缘层热阻 式中：T1绝缘材料的热阻系数，取3.5； G几何因数，取0.7； 代入数值得：T1=0.39 (T) (2)外披层热阻： 式中：T3-外披层热阻系数，取3.5; 代入数值得：T3= ,土地热阻式中：T4土地热阻系数，取1.0； L电缆敷设深度，取1m； De122.1； 代入数值得：T4=0

11、.83T)1.2 有关载流量的计算； 1.2.1 介质损耗的计算： Wi=U02Ctg 式中 U0相电压； 电源角频率；tg绝缘材料的损耗角正切值； 代入数值得：Wi=12700225010-100.008=8.07w/m。 1.2.2 金属护套损耗因数的计算： 金属护套采取单点接地，电缆等距平行敷设，正规换位。 =0 =;式中：A1=3.0； A2=0.417；s=220；=314； R10-5Ds金属护套平均直径； =109mm式中：Ds1 、Ds2分别为铜屏蔽、铅套的平均直径；RS单位长度金属护套的电阻；10-4/m式中：RS1、RS2分别为铜屏蔽、铅套的电阻；AS2=DS2式中Cu、P

12、b 分别为铜屏蔽、铅套在2010-6、10-6分别为铜屏蔽、铅套的温度系数0.00393、0.0040；As1、As2分别为铜屏蔽、铅套得截面积;其中As1=952 ，代入数值得： 金属护套损耗因数 1=+;求取长期工作下的载流量： =1638 A式中：c、a分别为导体最高工作温度、周围媒质温度 R-导电线芯电阻； Wi、T1、T3、T4、1如前所述；3.求取到达电缆线芯允许温度条件下1.5倍过载时的最大工作时间t： 单芯电缆地下敷设时，为准确计算其暂态响应，根据惠思门法，将电缆和周围媒质分成六个区域计算，具体划分为：电缆本体分为两个区:区域组成局部热阻T热容Q导体、局部绝缘层103另一局部绝

13、缘层、金属屏蔽层、护层1033.1.电缆各局部热阻、热容的计算： 电缆各局部软热阻T1如前面所得，热容Q为热容系数q与体积之积，即：Q=qV;计算电缆各局部热容为：构造热容系数qJ/m3体积V10-6(m3热容QJ/线芯10-6103绝缘层106103金属护层铜屏蔽106261铅套1061692外披层1061033.2、土地各区热阻、热容的计算： 土地分为四个区，四个区截面积之比为1:4:16:64。令第一区域面积为A，各区域直径分别为D1、D2、D3、D4，电缆敷设深度为1m。 D4=4L=4000mm =400022/340=147701 2 =451 =978 =1991土地各区热熔分别

14、为：=0.312 ； = = =0.170 ；=土地各区热熔分别为：106/4(45122)10-6103J/式中：为土地热容系数 电缆外径 3.3. 分区后各区时间常数的计算各区时间常数为：区域第一区第二区第三区第四区第五区第六区热阻符号TiTT41T42T43T44数值热容符号QiQQ1Q2Q3Q4数值335667时间常数符号123456数值3345563.4 1.5倍过载时最大工作时间t的计算： 由： 式中：T各局部热阻Ti分区后各区热阻 N过载倍数 ri 各区的时间常数代入数据得：t= 结论：本电缆在到达电缆线芯允许温度条件下1.5倍过载时的最大工作时间为 秒。四技术标准和主要实验工程

15、： 1、技术标准 1.1.导体外表应光洁、无油污、无损伤屏蔽及绝缘的毛刺、锐边以及凸起或断裂的单线。 1.2.绝缘层及内屏蔽层的交联聚乙烯的交联度应不小于80%。绝缘最小测量厚度应不小于标称厚度的90%；偏心度应不大于8%。 1.3.导体屏蔽由半导电包带和挤包半导电层组成，其厚度近似值为2.0mm，挤包半导电层应均匀的包覆在半导电包带外，并结实地粘在绝缘上。在与绝缘层的交界面上应光滑，无明显绞线凸起、尖角、颗粒、烧焦或擦伤痕迹。 1.4.绝缘屏蔽为挤包半导电层，其厚度近似值为1.0mm，绝缘屏蔽应与导体挤包半导电屏蔽层和绝缘层一起三层共挤。绝缘屏蔽应均匀地包覆在绝缘外表，并结实地粘在绝缘上。在

16、绝缘屏蔽的外表以及与绝缘层的交界面上应光滑，无明显绞线凸起、尖角、颗粒、烧焦或擦伤痕迹。 1.5.在绝缘半导电层外应有缓冲层，可采用半导电弹性材料或具有纵向阻水功能的半导电阻水膨胀带绕包而成。绕包要求平整、紧实、无皱褶。 1.6.金属铅套的最小厚度应不小于标称厚度的95%-0.1mm. 1.7.外护套的性能应符合GB/Z-18890.1-2002中表5、表7和表8的要求。在外护套外表应有均匀结实的导电层作为护套耐压试验时的外电极。 2、主要实验工程GB12706.1-91 2.1.例行试验试验类型代号R导体直流电阻试验、局部放电试验、交流电压试验。 其中交流电压试验规定试验应在成盘电缆上进展。

17、在室温下在导体和金属屏蔽之间施加交流电压318KV2.5U0),保持30min,绝缘应不发生击穿。 2.2.抽样试验试验类型代号S)(4h交流电压试验、热延伸试验。 2.3.型式试验试验类型代号T电气性能试验、机械物理性能试验。 其中冲击电压试验及其随后的交流电压试验规定将试样导体加热到100105，对电缆试样施加1050KV冲击试验电压，正负极性个10次，电缆应不击穿，随后进展交流电压试验，电缆试样在交流电压318KV2.5U0下，保持15min,电缆应不击穿。五计算一公里长度内电缆所消耗的材料: 1、线芯：S=(/4)d2z1/u ；V=KmSL ;m=cuVd/Z/根uS/KmL/mV/

18、m3cu/kgm-3M/t21710-31000103导体屏蔽层：Dc/Dc/S/L/mV/m3cu/kgm-3M/t10-31000103 S=(Dc2-Dc2)/4 ;V=SL ;m=cV;绝缘层：D1/Dc/2/mS/L/mV/m31/kgm-3M/t2610-21000103 S=(Dc+D1)1 ；V=SL ；m=cV;绝缘层屏蔽：Dj/Di/S/L/mV/m3c/kgm-3m/t10-31000103 S=(Dj2-Di2)/4 ;；V=SL ;m=cV;铜屏蔽层： S=nw dw2/4 nhthwh ；V=SL ;m=cuV;nw /根Dw/nh/根th/wh/S/L/mV/m3cu/kgm-3M/t7712510-31000103铅套：Ds2/Ds1/S/L/mV/m3pb/kgm-3m/t10-31000103 S=(Ds22-Ds12)/4 ;V=SL ;m=pbV; 外护层;Da/Ds2/S/L/mV/m3a/kgm-3m/t10-31000103 S=(Da2-Ds22)