不同电压等级电缆共同敷设载流量分析

不同电压等级电缆共同敷设载流量分析方兵华1，苗文静2，刘云良3，王文娟3(1华北电力大学，北京，102206；2山东电力超高压局，山东，济南，250021；3泰安市供电局，山东，泰安，271000)摘要：本文介绍了不同电压等级电缆共同敷设的应用情况，根据不同电压等级电缆的敷设方式，确定采用镜象法和叠加原理作为电缆载流量的计算方法；以3X7孔排管敷设电缆沟为例，对10、10kV和220kV电缆单独敷设进行了载流量计算；对110kV和10kV共同敷设、220kV和10kV共同敷设的电缆进行载流量理论计算；分析了不同电缆间距下，10kV电缆载流量变化分别对110kV、220kV电缆额定载流量的影响，对电缆的规划和设计有一定的借鉴意义。关键词：共同敷设；载流量；排管敷设；电力电缆0引言伴随着城市经济的高速发展，对负荷需求急剧增大以及供电可靠性要求，使得电缆敷设数量日益增多。电缆沟道内敷设的电缆型号纷繁复杂，不同电压等级以及不同截面的电缆敷设于同一沟道内，严重制约了电缆的安全载流量。电缆安全载流量的选择涉及到电网安全运行，关系到供电安全可靠性，目前国内还没有对不同电压等级共同敷设电缆之间载流量影响进行详细的分析。文献［1］-［4］主要对相同电压等级情况下，多根电缆埋地排管敷设方式(其中部分电缆是等截面、等负荷，部分电缆是不等负荷、不等截面)进行了电缆载流量计算。文献［1］重点对12根10kV电缆和12根110kV电缆同时加负荷时载流量进行了理论计算，但是并没有考虑10kV电缆负荷不断变化对110kV载流量的影响。230kV及以下电压等级的交联聚乙烯(XLPE)电缆已在英、法、日等发达国家得到广泛使用,显示了优良的技术、经济性能,如损耗小、载流量大、重量轻、安装简便、维护量小以及耐火、易加装外冷装置等,能适用于各种不同的敷设条件。本文计算所采用的电缆均为XPLE型。本文进行的载流量的计算，考虑电缆和电缆以及光缆共同敷设的情况，又由于光缆对电缆载流量的影响不大，故计算时可以忽略其影响。1计算原理1.1电缆敷设方式目前城市电缆的敷设方式主要有排管敷设、电缆沟道敷设和共同沟敷设三种。排管敷设排管敷设的电缆，其与周围媒质的热量交换方式主要为传导，即热量通过管道与泥土或是水泥传导，从而影响敷设在不远处的其余电缆(产生温升，影响额定载流量)。一条电缆在土壤中建立的热流场与一条导体建立的电场完全类似。根据电场镜象法原理，这样的热流场与相距21(与地面距离为1)的线热所产生的热流场完全相同。本文以镜象法定量分析共同敷设的不同电压等级电缆彼此载流量的影响。电缆沟敷设敷设于电缆沟中的电缆，由于电缆周围媒质为空气，从电缆表面散发热量至周围空气，主要不是传导作用，而是辐射作用。又因电缆间距离相对较远(1000mm)，作用电缆散发的热量对目标电缆的影响不大，特别在通风良好的情况下，故计算时可以忽略电缆周围媒质热阻产生的影响,即电缆沟敷设时电缆载流量的与单独敷设时相比，基本上保持不变。共同沟敷设共同沟在我国还仅在一些经济发达的城市和一些现代化的高科技工业园区等有所建设，尚未得到推广和普及，本文不予考虑。1.2载流量计算公式额定载流量简化后的计算公式为：[_! Dq-Dqqk R[T]+n(T2+T3+T4)]与额定载流量呈负相关关系的参数有：导体电阻尺；由电缆绝缘层产生的绝缘热阻T1；由电缆护层产生的护层热阻T2；排管内媒质产生的热阻巧以及掩埋排管的媒质如泥土水泥等产生的热阻t4。例，详细说明共同敷设的不同电压等级电缆对彼此载流量影响。其中一边3X3敷设10kV三芯电缆，共9回路9根电缆；另一边3X3敷设110kV或220kV单芯电缆，共3回路9根电缆；中间3孔放置通信电缆或光缆。电缆沟道内，12回路共18根高压电缆敷设在一起。对电缆进行编号处理，10kV电缆的编号顺序为1〜9,110kV或220kV电缆编号为10〜18。T,=1:升1 2L2p绝缘热阻系数，ln(亠、)为绝缘热阻;舅绝缘层外径’PT]为De为导体外径；T苍]fDa]为护层热阻；PT2为内T2=2pln]DsJ衬层热阻系数；Da为外护套层外径；D”为内衬层内径；DsT 100UT3-1+De(V+DeYqm)间热阻；U,V,Y为与敷设条件有关的常数；em为电缆和管道间的媒质的平均温度；De为电缆外径；(如图1所示)地血rl1.1:-;l._14O0mmS=250mmT4=0.68亘ln((u+Ju2-1JFeJ为水泥和土42pI 丿e丿壤形成的外部热阻。0.68为外部热阻修正系数；PT4为水泥与泥土的混合热阻系数，与土壤的组成成分有关，还与土壤的物理状态有关。热阻系数越低，土壤的散热性能越好，电缆额定载流量越大，故有些公家采用“更换回填土”技术，回填热阻系数较小的媒质，来充分发挥电缆的输送容量;u=2LS，L为电缆敷设深度，S为电缆间距；Fe为其他同电压等级电缆对计算的目标电缆的影响系数，通过导体间距离计算得到；Ae为线芯最高温度与环境温度差，本电缆截面积1x300mm2，12〜18号管敷设的110kVS=250mm电缆截面积为1x600mm2,220kV电缆截面S=250mm积为1x1000mm2；中间3个管因散热条件较差，用于敷设光纤；埋设深度为1000mm；电缆间距考虑200mm、250mm和300mm三种情况，以比较电缆间距对额定载流量的影响；导体最高温度90；环境温度25。由图1可以看出，对110kV或220kV电缆来说11号管电缆散热条件最差，温升最高，载流量最小，故本节只对11号管电缆(也称之为目标电缆)进行分析。详细电缆结构参数，见下表。文中Dq=90°-25°；Aeq_k为作用电缆作用于目标电缆产生的温升。叫主=0.68守Wln(Fe1)；W为作用电缆电阻产生的损耗；Fe1为以作用电缆对目标电缆的影响系数。2算例研究导体公称截面(mm2300结构圆形紧压外径(mm)20.8绝缘层厚度(mm)5.0屏蔽铜带厚度(mm)0.1外护套厚度(mm)3.1单根外径(mm)37成品外径(mm)80表110kV单芯3根扭绞交联电缆结构表2110kV单芯皱纹铝护套交联电缆结构2.1算例介绍：本节以三排7孔(3X7)排管敷设方式为绝缘层厚(mm)夕卜半导电层厚约(mm)屏蔽铜线直径(mm)根数600圆形紧压29.55.017.01.51.2800.54.581.9导体公称截面(mm绝缘层厚(mm)夕卜半导电层厚约(mm)屏蔽铜线直径(mm)根数600圆形紧压29.55.017.01.51.2800.54.581.9导体公称截面(mm2)1000结构分割紧压外径(mm)38.0内半导电层厚约(mm)2.0绝缘层厚(mm)27.0绝缘层外径(mm)96.0外半导电层厚约(mm)1.0内衬垫层厚约(mm)3.0铝护套(mm)2.7外护套厚约(mm)5.0成品外径(mm)139表3220kV单芯皱纹铝护套交联电缆结构2.2算例分析：电缆间距(mm)20025030010kV电流(A)0611.7564633.3109622.131740609.4416631.1748620.233080602.4439624.7225614.5018120590.5969613.8179604.8291160573.6002598.2177591.0214200550.9773577.5414572.7797240521.9974551.2182549.6629280485.5234518.3884521.0223320439.6943477.7126485.8822360381.1504426.9542442.6975400302.5996361.8952388.7968440179.4543272.4776318.79003X7最大输电能当10kV电缆的载流量为280A时10kV电缆电流变化表力电缆间距(mm)200250 300公称截面(mm2)导体 结构外径(mm)内半导电层厚约(mm)内衬垫层厚约(mm)夕卜护套厚约(mm)成品外径(mm)10kV电缆以及110kV、220kV电缆额定载流量9管3回路10kV以及110kV、220kV电缆独立正常运行时的电缆安全载流量如表4所示：表4相同条件下10kV，110kV电缆单独正常运行时各自的允许载流量25 90S=250mm,环境温度= ，导体温度=.10kV单芯3回路450A110kV单芯3回路635A220kV单芯3回路795A10kV电缆对llOkV电缆额定载流量的影响通过改变10kV电缆的载流值与电缆间距，计算llOkV电缆的额定载流量，求出其变化趋势。1号llOkV电缆额定载流量计算结果，见下表5：表5不同电缆间距下110kV电缆额定电流随由上表可以得出，当1OkV电缆的载流量为28OA时，电缆沟的输电能力最大。电缆间距为200mm时，llOkV电缆的载流量仅为485.5234，衰减了23.54%。根据表5计算的结果，可以得出不同电缆间距下，lOkV电缆载流量不断增大时，llOkV电缆载流量的变化趋势图，详细见下图2不同电缆间距下110kV电缆额定电流随10kV

电缆电流变化而变化lOkV电缆对220kV电缆额定载流量的影响通过改变lOkV电缆的载流值与电缆间距，计算22OkV电缆的额定载流量，求出其变化趋势dl号22OkV电缆额定载流量计算结果如表6所示：表6不同电缆间距下220kV电缆额定电流随10kV电缆电流变化表10kV电流(A)0762.7074790.0322775.854440760.8224788.2915774.307680755.1392783.0463769.6487120745.5709774.2253761.8204160731.9652761.7043750.7237200714.0913745.2968736.2107240691.6184724.7390718.0745280664.0798699.6651696.0317320630.8124669.5679669.6968360590.8493633.7321638.5390400542.7133591.1150601.8095440483.9720540.1137558.41013X7最大输电能当10kV电缆的载流量为360A力由上表可以得出，当10kV电缆的载流量为360A时，电缆沟的输电能力最大。电缆间距为200mm时，220kV电缆的载流量仅为590.8493A，衰减了25.63%。根据表3计算的结果，可以得出不同电缆间距下，10kV电缆载流量不断增大时，220kV电缆载流量的变化趋势图，详细见下图3不同电缆间距下220kV电缆额定电流随10kV

电缆电流变化而变化趋势图2.3计算结果分析由图2、图3、表5和表6可以得出以下结论：目标(受作用)电缆的额定载流量随共同敷设的作用电缆的电流的增大而减小。当增大电缆间距时，目标电缆的额定载流量呈增大趋势。特别当作用电缆载流量较大时，较大的电缆间距体现出较好的散热能力。在间距250mm条件下，与单独运行的电缆相比，受作用电缆温升影响，目标电缆的额定载流量降低。从算例结果可以看出，当llOkV与220kV电缆电流达到400A左右时，10kV电缆 已达到温升极限(90OC)。同等敷设的条件下，10kV电缆载流量相同的情况下，220kV电缆载流量比llOkV的衰减更为严重。3结论本项目建立一个埋地排管敷设方式下电缆载流量的计算模型，应用镜像法和叠加原理的计算方法，对3X7孔的1OkV和110kV、220kV共同埋地敷设进行载流量计算，有利于指导排管敷设的载流量计算。在今后其他型号电缆多根埋地排管敷设的载流量计算也可采用本研究推荐的理论计算方法选择。9根10kV3X300mm2电缆与9根110kV1X600mm2电缆一起通流加热，电缆间距增大，电缆载流量也相应的增大；10kV电缆载流量为280A，110kV电缆载流量为485.5234A时，电缆沟输电能力达到最大。9根10kV3X300mm2电缆与9根220kV1X1000mm2电缆一起通流加热，电缆间距增大,电缆载流量也相应的增大；10kV电缆载流量为360A，220kV电缆载流量为590.8493A时，电缆沟输电能力达到最大。参考文献陆景德张书鸿等排管敷设xlpe电缆稳定载流量试验研究J]，电力设备，2007，9(8):98-100高升宇顾自强等xLpE电缆排管敷设时稳定载流量的理论计算J]，电力设备，2007，9(8):6-11樊友兵张丽等中低压交联电缆集群敷设载流量的计算[J]，高压电技术,2005，10(31):59-60李熙谋 不同敷设条件下电缆载流量