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负载电流计算方法

2022/07/15259 作者:佚名
导读:电缆额定载流量确定可按国际电工委员会制定的IEC60287标准进行,而国内外相关人员的大量研究成果可作为该标准的一个补充和完善。电缆由于接地故障(短路)在极短时间(几s)内承受的短路电流可根据IEC-949(1988)及IEC-986(1989)的标准确定。实际运行中由于各种原因,确定电缆短期负载电流还未有成熟的标准,用严格的数学方法计算太复杂,其公式也不符合日常计算的要求。研究综合了现有的简单敷

电缆额定载流量确定可按国际电工委员会制定的IEC60287标准进行,而国内外相关人员的大量研究成果可作为该标准的一个补充和完善。电缆由于接地故障(短路)在极短时间(几s)内承受的短路电流可根据IEC-949(1988)及IEC-986(1989)的标准确定。实际运行中由于各种原因,确定电缆短期负载电流还未有成熟的标准,用严格的数学方法计算太复杂,其公式也不符合日常计算的要求。研究综合了现有的简单敷设情况下电缆短期负载电流I2的计算方法,研究了其计算过程中的相关问题,并对复杂敷设下的I2做了推广和延伸,给出了电缆在现有常用敷设下I2的计算方法和经验公式,可供电力线路设计和运行部门参考,以满足工程实际应用需要。

空气中敷设电缆

由于空气的热容一般可忽略,而电缆本体可由一集中热阻TT和一集中热容CT来表示,空气中敷设的电缆其I2

式中,TT=T1 (1 λ1)T4,CT=CTc k(CTi CTs),τ=TTCT,其中,T1、T4分别为绝缘层及电缆表面至周围媒质热阻,TΩcm;λ1为护套与线芯损耗之比;CTc、CTi、CTs分别为线芯、绝缘层、护套热容,J/cm3°C;k为常数,取0.5;t为电缆允许短期负载时间,s;τ为电缆等效时间常数,s;I1为过负载前流过线芯电流,A;θc1、θc2分别为过负载前线芯及短期负载线芯允许温度,°C;R1、R2分别为单位长度线芯在θc1、θc2下的电阻,Ω/cm。

直接埋地敷设电缆

确定敷设在土壤中的I2时,可将电缆及其周围媒质分成若干区域,每个区域的温度用一指数曲线表示,电缆温升等于各区温升之和。通常下,电缆本体分为线芯和绝缘层的一半与电缆的剩余部分2个区域。若电缆为管道中敷设,则第1区域为线芯和绝缘层,第2区域为电缆表面至管道外表面。以周围土壤划分方式为第3个区域简要说明。

土壤第1区域的内径等于电缆外径De(对管道敷设为管道外径)。电缆周围T4=(ρT4/2π)ln(4L/De),式中ρT4为土壤热阻系数,TΩcm;L为电缆敷设深度,mm。由此土壤第3个区域的外径设定为电缆敷设深度的4倍,即D3=4L。然后,将区间π(D32-De2)/4按体积比1∶4 ∶16同心圆分成3个区域,其它2个区域的外径分别为

已知电缆结构参数及ρT4及热容系数ρCT后,即可获得相应区域的T1~T5,C1~C5及τ1~τ5,因此

图1 短期I2随周围土壤划分区域个数的变化

为求最佳周围土壤划分区域个数,对110 kV、线芯截面积500 mm2的XLPE电缆,在单回路等边三角形直埋敷设条件下(ρT4=120 TΩcm,ρCT=2.52 J/cm3°C,电缆敷设深度分别为720、1500、3000 mm),原I2为400 A,取不同的允许短期负载t(36000,6000,600,60,6 s)在变化周围土壤划分的个数,获得I2结果见图1。

显然,划分区域越多,以指数曲线表示的电缆线芯温度上升速度越快,因此,在同样的短期负载允许线芯温度下,相应的I2就越小。由图1见,电缆敷设越深,短期负载允许时间越短,土壤划分区域个数对I2的影响越小。将土壤分为 4个区域,计算得线芯温升在较长时间能与实际情况较好吻合。因此,建议计算时将土壤分为 4个区。

研究结论

在综合现有的简单敷设方式,如空气中敷设、直埋地敷设情况下电缆短期负载电流计算方法的基础上,研究了其计算过程中的相关技术问题,如过负载前电缆非满载运行其线芯温度的确定,以及周围土壤区域划分个数的选择,并探讨了一些复杂敷设方式,如直埋并更换回填土、水泥槽中管道敷设下的短期负载电流计算问题。

本研究给出了电缆在现有常用敷设下短期负载电流的确定方法,以及工程上实际可用的经验计算公式,可供电力线路设计和运行部门参考和应用。同时,相关的设计思想还可在其它敷设方式的电缆短期负载电流计算中进一步推广和延伸。

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