电力电缆载流量影响因素分析课件

1、电力电缆载流量影响因素分析第1页，共37页。根据热路方程求出载流量的计算公式：式中：c导体允许最高工作温度 a周围媒质温度 Wi介质损耗 1、2分别为金属屏蔽和铠装层损耗因数； Tl、T2、T3、T4分别为单位长度电缆绝缘层、内衬 层、外披层、周围媒质热阻。 Rc导体的交流电阻第2页，共37页。一、损耗的影响 以一单芯电缆为例，并且仅分析线芯至金属屏蔽层部分，传输功率为：从上式可以看出：1、导体：电缆的传输容量与线芯半径的3/2次方成正比，与线芯 材料的电阻系数的1/2次方成反比。 结论：线芯采用高电导系数材料可以提高电缆传输。增大线芯截面。 第3页，共37页。但随线芯截面的增大，电缆的体积也

2、会增大。成本增，生产和敷设均增加了难度。而且趋肤效应也会增大。为此，对截面在800、1000mm2的导体应采用分裂导体的方法克服集肤效应造成的电阻增大。一般电流应在2.5A/mm2的经济电流密度范围为宜。2、绝缘层：提高电缆绝缘工作温度( )；提高电缆绝缘材料的最大工作场强(Emax)。 结论：采用耐高温绝缘材料，采用高击穿场强材料。可减薄绝缘层厚度，降低电缆绝缘层的热阻，可以提高电缆的传输容量。 换言之，如能找到新的绝缘材料具有高的击穿场强，能在较高温度下工作，且具有较小的热阻系数，可以提高电缆的传偷容量，并能缩小电缆的几何尺寸，从而提高电缆的机械性能(可曲度等)。第4页，共37页。 对于1

3、0kV级以下的低压系统，介质损耗占的比重较小，可忽略不计。但随电压等级的提高，介质损耗因有电压平方的关系，故其影响会随电压的增加而增大，既便tg较小的变化也会引起介质损耗较大的变化。因此高压和超高压电力电缆必须严格限制tg 。第5页，共37页。 当电压U Uo时，随电压的增加曲线下降，这是由于电压较高时，介质损耗的影响随电压的增加而增压，功率会随之减少。第6页，共37页。可得，当 时，电缆的传输功率为零。由：此时其相应的电压相应介质损耗角正切(tg )称为临界介质损耗角正切(tg )结论：临界状态下，由于介质损耗产生的温升已等于电缆的允许 温升，即处于热的临界状态，电缆中不允许通过任何数值 的

4、负载。第7页，共37页。显然，若考虑全部的热阻，临界介质损耗因数可写为第8页，共37页。 以tg=0时电缆的传输功率为100%，绝缘层介质损耗角正切tg对敷设在空气中电缆的传输功率的影响，如下图所示。介质损耗在不同工作电压电缆中所占比重。第9页，共37页。3、金属屏蔽层损耗和铠装层损耗 由于单芯电缆的结构特性，使金属护套在线路运行时有较高的感应电压和感应电流，在金属护套上容易形成环流，而环流将引起金属护套发热，一方面使工作温度升高，严重时可能会超过容许限值，使电缆寿命缩短，甚至损坏；另一方面环流所损耗的电能亦降低了线芯的载流量。 以YJLW03-64/110-1800电缆为例，在相同条件下不同

5、接地方式时的载流量如下表所示。第10页，共37页。 对金属护套两端接地的电缆，环流损耗在传输功率中占有很大比例。为此高压电缆，金属护套应采取换位连接。沿电缆线路须敷设回流线。 从上表可以看出，两端接地比交叉互联接地方式下的载流量小，交叉互联比一端接地方式下的载流量小。这是由于在两端直接接地方式下，金属护套中环流相当大，此时载流量大约是一端接地时的70%80%，载流量降低很多。与之相比较，交叉互联方式的载流量与一端接地方式的相差较小，说明在交叉互联接地方式下，虽然护套中有环流，但由于环流较小对载流量的影响并不大。第11页，共37页。二、电容电流的影响 电缆本身就是一个长大的电容器，除了固有的直流

6、漏导以外，还有交流下的电容电流。 据电工原理，电力系统中，发送端和负载端电流电压的关系为I1：为发送端电流；I2：为负载端的电流；Ic：电容电流 即，从发送端发出的电流，一部分为负载电流，一部分为电容电流。当电容电流增大时，会严重地影响负载电流。第12页，共37页。极限情况，设IT为额定电流，当IC=IT时，则 称为电容电流的临界长度。电缆的长度越长，电容电流越大。当长度超过临界长度时，可在线路上并联电抗器以补偿电容电流。但此时。负载电流的少许变化均会引起电缆超载过热而处于不稳定运行状态。所以跨江、跨海长距离输电，一般不能用交流电缆而使用直流电缆。 另外在选择绝缘材料时，应选择介电系数较小的材

7、料以减少电容电流。为了提高传输容量绝缘材料更应严格限制tg , 选择具有较高击穿强度和较高耐温等级的材料。第13页，共37页。第14页，共37页。三、热阻的影响 在初步评估电缆载流量时，如土壤没有非正常地干燥或与热性能差的材料(如飞尘、砾石)相混合，则土壤热阻系数可采用1.2Km/W计算。 考虑到土壤热阻系数随季节变化，这一点对于像我国南方以及沿海地下水随季节变化较明显地区来说显得相当重要，因为热阻系数受土壤中水份含量的影响很大，任何土壤热阻系数的测量应指明测量时土壤水份含量。 考虑土壤中水份的迁移也是不容忽视的。国内外工程实践都曾显示，在缆芯工作温度大于70的电缆直埋敷设运行一段时间后，由于

8、电缆表皮温度在约50情况下，电缆近旁水份将逐渐迁移而呈干燥状态，导致热阻增大，出现缆芯工作温度超过额定值的恶行循环，导致电缆绝缘老化加速，最后以致发生绝缘击穿事故。第15页，共37页。 在计算载流量时应留下一定裕度；若对这种减少载流量无法接受，可采取换土即将电缆周围“干燥区域内”的土壤换填以热阻系数相对较小且稳定的回填土，选用适当比例的砂与水泥等拌合作为回填土。其已在工程应用实践中显示土壤热阻系数比较稳定，即使在全干燥状态情况下，其热阻系数也能够维持在1.2Km/W。第16页，共37页。当电缆的结构和材料一定时，减少本体的热阻较困难，有效的方法是降低周围媒质的热阻。其主要途径是强迫冷却。强迫冷

9、却又分为内部冷却和外部冷却。 内部冷却是指冷却媒质经位于电缆中心的管道实现的强迫冷却。如充油电缆，其中心油道亦为冷却媒质通道，电缆油为冷却媒质，通过油的循环实现冷却。交联聚乙烯绝缘电缆则通过中心水冷却系统实现冷却。但必须有严密的防水措施，以防水对绝缘造成损害。 外部冷却系统主要有两种形式：一种是冷却媒质在埋于地下的金属或塑料管中循环；另一种是对敷设在坑道中的电缆通以压缩冷空气实现冷却。实现强迫冷却的电缆传输容量几乎可以提高2倍。 第17页，共37页。四、敷设条件的影响1、敷设方式目前比较普遍的电缆敷设方式主要有直埋、穿管、空气三种。由于在不同敷设方式下电缆散热程度不同、间距不同等因素，对电缆载

10、流量的影响也不一样。 以YJLW03-64/110-1X 630为例，电缆最大允许载流量及其他计算参数如下:第18页，共37页。 由上表可知，对于管道敷设电缆即使增大相间距，其载流量仍小于直埋敷设的载流量，约为直埋时载流量的93%，换言之，即电缆线路因有部分穿管而损失了7%的输送容量，管道敷设电缆成为影响整条电缆线路载流量的瓶颈，限制了线路的输送容量。第19页，共37页。 若电缆敷设在空气中，由于阳光的直接照射会产生巨大热量而减少载流量，架空敷设电缆是通过对流和辐射实现散热，因此空气热阻是分别通过对流和辐射的散热系数体现的，其与电缆外径、电缆之间排列方式、电缆表面温度、环境温度等等数据有关，计

11、算较复杂，如果电缆周围空气流通条件较好，一般设计中110kV电缆周围空气热阻系数取0. 28K*m/W。 高压电缆会套以电缆导管和敷设在构筑物中是最常用的保护方式，这将导致电缆周围空气不易流通，环境温度上升。对于加导管保护的电缆可按上述0.85的系数折减载流量；而敷设在构筑物中的电缆应考虑周围环境温度上升对载流量的折减。下表为以30为基准的环境温度对PE绝缘电缆载流量的换算因数。空气温度101520253035404550换算因数1.151.121.081.0410.960.910.870.82第20页，共37页。2、敷设深度 以YJLW03-64/110-1X1000为例，三回电缆穿管敷设在

12、不同深度时的载流量如下表: 由于电缆埋深增大，电缆的载流量下降很大，输送容量亦相应下降。为满足输送容量的要求施工时应按照设计要求的深度敷设电缆，因为敷设太深，载流量下降很大，敷设太浅不能承受重压。第21页，共37页。电缆绝缘层中的电场分布 第22页，共37页。一、圆形单芯电缆绝缘层中的电场分布1、均匀介质 该型式的电缆的电场是标准的圆柱形电场。因其长度和半径是不可比拟的，故可忽略复杂的边缘效应。采用柱面坐标。因各处的电场轴向分量很小，均可看成与导线相垂直的方向。这样圆柱侧面积上的电场方向处处与外法线的方向一致，而上下底面的电场方向与底面的外法线方向垂直(cos900 = 0 )，故据高斯定理，

13、在积分过程中，可只计算圆柱侧面积的电场适量即可，又因对称关系，圆柱侧面上的各点的场强在数值上均相等。则 第23页，共37页。由此可得：(1)电场分布和r成反比，最大场强Emax位于线芯表面，最小强度位于绝缘外表面。如绝缘内的电场均匀分布，则其电场强度 第24页，共37页。(2)平均场强和最大场强之比定义为绝缘层的利用系数，它是描述电场分布均匀程度的物理量， 增加则电场分布越均匀 。 (3)当电压一定时，我们希望Emax取得最小值，为此假设绝缘外半径R为定值，令 可得R/rc=e=2.718时最大场强取得最小值。 (4)从经济效益考虑，我们希望在满足一定条件下绝缘体积最小。R/rc=2.2时，绝

14、缘层体积最小，且 第25页，共37页。2、分阶绝缘 如前述，单芯电缆绝缘内的电场分布也是不均匀的，随绝缘半径的增加而降低，造成绝缘利用系数下降。为了提高绝缘利用系数，使电场分布尽可能的均匀，可利用电场强度和介电常数成反比分布的原理，采用两层或多层介电常数不同的材料实现分阶绝缘。一般从导电线芯表面到绝缘表面采用。第26页，共37页。说明：(1)电场在分阶处电场发生了阶跃 ； (2)分阶绝缘使线芯表面电场强度降低； (3)分阶绝缘均匀了电场强度，从而提高了利用系数，降低了绝缘层厚度。 第27页，共37页。二、多芯电缆绝缘层中的电场分布 多芯电缆即一般三芯或多芯绝缘线芯成缆后统包以金属屏蔽层(或金属

15、护套)，这种型式的电缆，一般均用于低压配电系统。因这种型式的电缆绝缘主要考虑机械强度的要求。在满足机械强度的情况下，一般都能满足电气性要求。我们可仅考虑具最大场强的分布，且电场可按近似公式进行计算。多芯电缆绝缘层中的电场分布比较复杂，一般用模拟试验方法来确定，在此基础上，在近似的计算它的最大场强。第28页，共37页。1、三芯圆形芯电缆最大场强 如图所示，rc为导电线芯半径，R为绝缘外半径，绝缘层厚度=R-rc，N=R/rc。(1)线芯1和线芯2间的瞬间电压为线电压U时，最大场强出现在a的位置，并可按近似公式计算， (2)线芯间电压，如线芯2和3间的电压为0.5倍的相电压时，最大场强出现在b的位

16、置，其值为 第29页，共37页。第30页，共37页。分相铅包(屏蔽)式电缆绝缘层中电场分布第31页，共37页。2、三芯扇形芯电缆最大场强 这种型式的电缆，如图所示，我们仅考虑a、b、c三处的电场强度。(1)a处电场强度式中，U0为相电压；Rck为导电线芯大圆弧所在圆的半径即其大圆弧曲率半径；相绝缘厚度，对油纸带绝缘电力电缆，含带绝缘厚度。Rck可按经验公式求出， 第32页，共37页。(2)b处场强式中，U0相电压；相绝缘厚度；r2b处的圆弧曲率半径，r2 =0.27Rck (3)c处 式中，r1小圆角处的曲率半径，r1=0.17 Rck ， ， U线电压C处的场强最大。 第33页，共37页。三

17、、决定电缆绝缘层厚度的因素工艺上允许的最小厚度(低压小截面电缆)。500伏及以下小截面的橡皮、塑料电线由工艺规定的最小厚度决定。橡皮绝缘电线的最小绝缘厚度规定为0.3mm；聚氯乙烯等塑料绝缘电线规定为0.25mm；机械性能(低压大截面电缆)。电缆的绝缘层必须具有足够的厚度，以承受电缆在制造、使用过程中弯曲、拉伸等作用所产生的拉、压、弯、扭、剪切等机械应力。主要的电缆是1KV以下的橡皮、塑料电缆。击穿强度。只有电缆工作电压高至10KV以上时，绝缘的击穿电场强度才逐渐，成为决定绝缘层厚度的主要因素。电缆绝缘层在设计使用期限应能安全承受各种形式的电压(工频、脉冲、操作以及故障等过电压)。根据电缆绝缘

18、层内最大电场强度等于其击穿电场强度时电缆发生击穿的原理来设计电缆绝缘层的厚度。 第34页，共37页。(1)用平均场强度计算 即用平均场强公式分别计算出长期工频电压下和脉冲电压下的绝缘厚度，取其厚度较大者作为确定绝缘厚度的依据。长期工频电压作用下：脉冲电压作用下： Uom最大工作相电压 GL、GL工频和脉冲电压下的最小击穿场强 K1、K1工频和脉冲电压下击穿强度的温度系数 K2、K2老化系数 K3、K3安全系数第35页，共37页。(2)用最大电场强度计算 电缆绝缘中最大场强出现在内半导电屏蔽与绝缘交界面，为了保证电缆的正常运行，电缆绝缘的击穿强度G应大于绝缘的最大场强Emax，因此，可以利用最大

19、场强公式可推导出绝缘厚度。计算公式如下：第36页，共37页。1、不是井里没有水，而是你挖的不够深。不是成功来得慢，而是你努力的不够多。2、孤单一人的时间使自己变得优秀，给来的人一个惊喜，也给自己一个好的交代。3、命运给你一个比别人低的起点是想告诉你，让你用你的一生去奋斗出一个绝地反击的故事，所以有什么理由不努力!4、心中没有过分的贪求，自然苦就少。口里不说多余的话，自然祸就少。腹内的食物能减少，自然病就少。思绪中没有过分欲，自然忧就少。大悲是无泪的，同样大悟无言。缘来尽量要惜，缘尽就放。人生本来就空，对人家笑笑，对自己笑笑，笑着看天下，看日出日落，花谢花开，岂不自在，哪里来的尘埃!25、你不能

20、拼爹的时候，你就只能去拼命！26、如果人生的旅程上没有障碍，人还有什么可做的呢。27、我们无法选择自己的出身，可是我们的未来是自己去改变的。励志名言：比别人多一点执着，你就会创造奇迹28、伟人之所以伟大，是因为他与别人共处逆境时，别人失去了信心，他却下决心实现自己的目标。29、人生就像一道漫长的阶梯，任何人也无法逆向而行，只能在急促而繁忙的进程中，偶尔转过头来，回望自己留下的蹒跚脚印。30、时间，带不走真正的朋友；岁月，留不住虚幻的拥有。时光转换，体会到缘分善变；平淡无语，感受了人情冷暖。有心的人，不管你在与不在，都会惦念；无心的情，无论你好与不好，只是漠然。走过一段路，总能有一次领悟；经历一

21、些事，才能看清一些人。31、我们无法选择自己的出身，可是我们的未来是自己去改变的。32、命好不如习惯好。养成好习惯，一辈子受用不尽。33、比别人多一点执着，你就会创造奇迹。50、想像力比知识更重要。不是无知，而是对无知的无知，才是知的死亡。51、对于最有能力的领航人风浪总是格外的汹涌。52、思想如钻子，必须集中在一点钻下去才有力量。53、年少时，梦想在心中激扬迸进，势不可挡，只是我们还没学会去战斗。经过一番努力，我们终于学会了战斗，却已没有了拼搏的勇气。因此，我们转向自身，攻击自己，成为自己最大的敌人。54、最伟大的思想和行动往往需要最微不足道的开始。55、不积小流无以成江海，不积跬步无以至千

22、里。56、远大抱负始于高中，辉煌人生起于今日。57、理想的路总是为有信心的人预备着。58、抱最大的希望，为最大的努力，做最坏的打算。59、世上除了生死，都是小事。从今天开始，每天微笑吧。60、一勤天下无难事，一懒天下皆难事。61、在清醒中孤独，总好过于在喧嚣人群中寂寞。62、心里的感觉总会是这样，你越期待的会越行越远，你越在乎的对你的伤害越大。63、彩虹风雨后，成功细节中。64、有些事你是绕不过去的，你现在逃避，你以后就会话十倍的精力去面对。65、只要有信心，就能在信念中行走。66、每天告诉自己一次，我真的很不错。67、心中有理想 再累也快乐68、发光并非太阳的专利，你也可以发光。69、任何山

23、都可以移动，只要把沙土一卡车一卡车运走即可。70、当你的希望一个个落空，你也要坚定，要沉着！71、生命太过短暂，今天放弃了明天不一定能得到。72、只要路是对的，就不怕路远。73、如果一个人爱你、特别在乎你，有一个表现是他还是有点怕你。74、先知三日，富贵十年。付诸行动，你就会得到力量。75、爱的力量大到可以使人忘记一切，却又小到连一粒嫉妒的沙石也不能容纳。1、这世上，没有谁活得比谁容易，只是有人在呼天抢地，有人在默默努力。2、当热诚变成习惯，恐惧和忧虑即无处容身。缺乏热诚的人也没有明确的目标。热诚使想象的轮子转动。一个人缺乏热诚就象汽车没有汽油。善于安排玩乐和工作，两者保持热诚，就是最快乐的人

24、。热诚使平凡的话题变得生动。3、起点低怕什么，大不了加倍努力。人生就像一场马拉松比赛，拼的不是起点，而是坚持的耐力和成长的速度。只要努力不止，进步也会不止。4、如果你不相信努力和时光，那么时光第一个就会辜负你。不要去否定你的过去，也不要用你的过去牵扯你的未来。不是因为有希望才去努力，而是努力了，才能看到希望。5、人生每天都要笑，生活的下一秒发生什么，我们谁也不知道。所以，放下心里的纠结，放下脑中的烦恼，放下生活的不愉快，活在当下。人生喜怒哀乐，百般形态，不如在心里全部淡然处之，轻轻一笑，让心更自在，生命更恒久。积极者相信只有推动自己才能推动世界，只要推动自己就能推动世界。6、人性本善，纯如清溪

25、流水凝露莹烁。欲望与情绪如风沙袭扰，把原本如天空旷蔚蓝的心蒙蔽。但我知道，每个人的心灵深处，不管乌云密布还是阴淤苍茫，但依然有一道彩虹，亮丽于心中某处。7、每个人的心里，都藏着一个了不起的自己，只要你不颓废，不消极，一直悄悄酝酿着乐观，培养着豁达，坚持着善良，只要在路上，就没有到达不了的远方！8、不要活在别人眼中，更不要活在别人嘴中。世界不会因为你的抱怨不满而为你改变，你能做到的只有改变你自己！9、欲戴王冠，必承其重。哪有什么好命天赐，不都是一路披荆斩棘才换来的。10、放手如拔牙。牙被拔掉的那一刻，你会觉得解脱。但舌头总会不由自主地往那个空空的牙洞里舔，一天数次。不痛了不代表你能完全无视，留下的那个空缺永远都在，偶尔甚至会异常挂念。适应是需要时间的，但牙总是要拔，因为太痛，所以终归还是要放手，随它去。11、这个世界其实很公平，你想要比别人强，你就必须