理论教育 确定电力电缆线路的载流量

确定电力电缆线路的载流量

时间:2023-06-16 理论教育 版权反馈
【摘要】:实践表明,电力电缆线路载流量,与电缆本身材料、结构形式、敷设方式、环境条件以及运行工况有关。表3-3-2-3聚氯乙烯绝缘电力电缆长期允许载流量单位:A注 1.斜线前为铜芯电缆载流量,斜线后为铝芯电缆载流量。表3-3-2-9电缆长期允许载流量温度修正系数续表3.3.2.3.2 导体截面积

确定电力电缆线路的载流量

实践表明,电力电缆线路载流量,与电缆本身材料、结构形式、敷设方式、环境条件以及运行工况有关。长期允许载流量主要有以下三个因素确定:

(1)电缆的长期允许工作温度。

(2)电缆本身的散热性能。

(3)电缆装置情况及其周围的散热条件。

电缆长期允许载流量是指当电缆中通过电流时,在达到热稳定后,电缆导体的温度恰好达到长期允许工作温度时的电流数值。

3.3.2.1 电缆的长期允许工作温度

电缆在运行中,由于导体电阻、绝缘层、保护层和铠装层的能量损耗,都将使电缆发热,温度升高。当电缆的运行温度超过某一定值时,将导致电缆的绝缘水平下降,甚至击穿。所以,电缆的运行温度限定在这一特定值以下,这个特定值称为电缆的长期允许工作温度。不同电压等级和绝缘型式的电缆,其最高允许工作温度值不同。

电缆绝缘层受热膨胀,造成保护层过度伸展,使电缆内部产生气隙,这些气隙在电场的作用下发生游离,最后导致绝缘的破坏。从这个意义上讲,电缆的电压等级越高,气隙的游离作用越显著,其最高允许工作温度就越低;充油电缆因不产生气隙,而最高允许工作温度高;聚氯乙烯结构中存在极性基团,在温度升高时,介质因电导升高较快,绝缘强度下降较大,所以其最高允许工作温度较低。

电缆线芯长期允许工作温度参见表3-3-2-1。

直埋电缆表面最高允许工作温度参见表3-3-2-2。

表3-3-2-1 电缆线芯长期允许工作温度

表3-3-2-2 直埋电缆表面最高允许工作温度

3.3.2.2 电缆的正常允许载流量

敷设在空气中,土壤中的聚氯乙烯,交联聚乙烯绝缘铜、铝芯电缆,橡皮绝缘铝芯电缆,以及油浸纸绝缘铜、铝芯电缆的正常载流量,分别见表3-3-2-3~表3-3-2-8。

聚氯乙烯绝缘及护套(或护套铠装)电缆长期允许载流量,参见表2-2-1-9~表2-2-1-14。

表3-3-2-3 聚氯乙烯绝缘电力电缆长期允许载流量 单位:A

注 1.斜线前为铜芯电缆载流量,斜线后为铝芯电缆载流量。
2.导体工作温度为70℃,空气温度为30℃,土壤温度为25℃,土壤热阻系数为120℃·cm/W,敷设深度为0.5m。

表3-3-2-4 单芯交联聚乙烯绝缘电力电缆长期允许载流量 单位:A

注 1.斜线前为铜芯电缆载流量,斜线后为铝芯电缆载流量。
2.导体工作温度为90℃,空气温度为30℃,土壤温度为25℃,土壤热阻系数为100℃·cm/W,交联聚乙烯热阻系数为350℃·cm/W,聚氯乙烯热阻系数为600℃·cm/W,敷设深度1~15kV为0.7m,35kV为1.1m。

表3-3-2-5 三芯交联聚乙烯绝缘电力电缆长期允许载流量 单位:A

注 1.斜线前为铜芯电缆载流量,斜线后为铝芯电缆载流量。
2.导体工作温度为90℃,空气温度为30℃,土壤温度为25℃,土壤热阻系数为100℃·cm/W,交联聚乙烯热阻系数为350℃·cm/W,聚氯乙烯热阻系数为600℃·cm/W,敷设深度1~15kV为0.7m,35kV为1.1m。

表3-3-2-6 橡皮绝缘电力电缆长期允许载流量 单位:A

注 导体工作温度65℃,环境温度25℃,土壤热阻系数120℃·cm/W。

表3-3-2-7 油浸纸绝缘电力电缆长期允许载流量(一) 单位:A

注 1.斜线前为铜芯电缆载流量,斜线后为铝芯电缆载流量。
2.导体工作温度为80℃,空气温度为30℃,土壤温度为25℃,土壤热阻系数为120℃·cm/W,敷设深度为0.5m。

表3-3-2-8 油浸纸绝缘电力电缆长期允许载流量(二) 单位:A

注 1.斜线前为铜芯电缆载流量,斜线后为铝芯电缆载流量。
2.导体工作温度为80℃,空气温度为30℃,土壤温度为25℃,土壤热阻系数为120℃·cm/W,敷设深度为0.5m。

3.3.2.3 电力电缆载流量的修正

电力电缆传导电流时产生热量的传导遵守传热学欧姆定律

式中 Q——电缆导体与周围环境的温度差,℃;H——电缆产生的热量,W;

S——电缆本身及其周围环境的热阻,热欧姆。

电缆产生的热量包括导体电阻损耗、介质损耗、护层损耗和铠装损耗四种,其中电阻损耗所占比例最大,110kV及以上电压等级电缆的介质损耗也占较大比例。

式(3-3-2-1)通过数学运算并化简后可得电缆的长期允许载流量公式

式中 I——电缆长期允许载流量,A;

θc——电缆导体长期允许工作温度,℃;

θ0——电缆周围环境温度,℃;

ρ——电缆导体在工作温度时的电阻系数,Ω·mm2/m;

α——介质损耗与电阻损耗的比值;

β——护层损耗与电阻损耗的比值;

A——导体截面积,mm2

n——电缆芯数;

S1——电缆绝缘热阻,热欧姆/cm;

S2——护层热阻,热欧姆/cm;

G——电缆周围环境热阻,热欧姆/cm。

由式(3-3-2-2)可见,电缆长期允许载流量不是恒定值,而是与诸多因素相关的变量。表3-3-2-3~表3-3-2-8列出的电缆长期允许载流量,其下面均标注了给定值的条件。当电缆工作条件与上述表中不符时,则需要对电缆长期允许载流量进行修正。

3.3.2.3.1 电缆周围环境温度的修正

电缆周围环境温度θ0发生变化时,电缆的长期允许载流量也随之改变。θ0越高,则电缆载流量越小。对于同一根电缆,除周围环境温度θ0改变之外,其他不变时,我们认为式(3-3-2-2)中其他参数均保持不变,则在θ01和θ02两个环境温度下的长期允许载流量I1和I2存在如下关系

【例3-1】 求一条直埋YJLV22—8.7/10 3×185电缆在夏季(30℃)和冬季(-10℃)的长期允许载流量。

解:查表3-3-2-4得 θ0=25℃时,I0=310A。查表3-3-2-1得θc=90℃。设θ01=30℃,θ02=-10℃。根据式(3-3-2-3),则

该电缆在夏季(30℃)时的长期允许载流量为298A,在冬季(-10℃)时的长期允许载流量为384A。

由[例3-1]可见,同一根电缆,在夏季的载流量变小,而在冬季的载流量会变大。

利用式(3-3-2-3),求得电缆长期允许载流量在不同周围环境温度下的修正系数,见表3-3-2-9。

表3-3-2-9 电缆长期允许载流量温度修正系数(www.daowen.com)

续表

3.3.2.3.2 导体截面积A的修正

由式(3-3-2-1)可知,当导体截面积A发生变化时,电缆长期允许载流量也会发生改变。但是由于截面积A的变化,会引起电缆绝缘热阻S1和电缆护层热阻S2的变化,所以电缆长期允许载流量的变化更加复杂。工程上常忽略S1和S2的变化。将电缆截面积由A1变为A2,电缆的长期允许载流量随之由I1变为I2,近似地写成如下关系

I2和I3绝对误差

由[例3-2]可见,利用式(3-3-2-4)求得的载流量具有一定的误差,这个误差的主要来源是电缆外径变大而散热情况好转造成的。另外,A1与A2的差值越大,计算的误差也越大。这一点,应引起工程计算上的注意。

3.3.2.3.3 导体材料电阻率ρ的修正

相同截面的两根电缆,若它们的结构和敷设条件相同,则它们的长期允许载流量只与导电线芯材料的电阻率ρ有关,并有下列等式成立

3.3.2.3.4 电缆周围环境热阻G的修正

电缆周围环境热阻G越大,电缆散热情况越差,电缆的长期允许载流量就越小。我国的东北、华北等地区的土壤热阻系数为100~200℃·cm/W;华东、华南等潮湿地区土壤的热阻系数不大于80℃·cm/W;山区及丘陵地区属于干燥地区,土壤的热阻系数为200~300℃·cm/W。若其他条件相同,敷设在土壤热阻系数较大地区的电缆长期允许载流量较小;反之较大。不同土壤的特征、热阻系数及其载流量修正系数参见表3-3-2-10。

表3-3-2-10 电缆长期允许载流量的土壤修正系数

3.3.2.3.5 并列敷设根数n的修正

电缆并列敷设时,电缆产生的热量更难发散,因而载流量较正常情况要小一些,并列电缆的根数越多,则电缆的长期允许载流量修正系数就越小。

直埋和空气中并列敷设的电力电缆,其长期允许载流量修正系数见表3-3-2-11和表3-3-2-12。

电力电缆长期允许载流量计算,必须根据电缆周围实际情况,进行分段计算。穿管多根敷设时和1~6kV电缆户外明敷无遮阳时载流量的校正系数见表3-3-2-13和表3-3-2-14。

表3-3-2-11 直埋并列敷设电力电缆长期允许载流量修正系数

表3-3-2-12 空气中并列敷设电力电缆长期允许载流量修正系数

注 1.S为电缆中心距,d为电缆外径。2.当并列敷设的电缆外径不同时,建议d取平均值。

表3-3-2-13 穿管多根并行敷设时电缆载流量的校正系数

表3-3-2-14 1~6kV电缆户外明敷无遮阳时载流量的校正系数

注 运用本表所列系数校正对应的基本载流量时,校正的户外载流量即采用户外环境温度值时的户内空气中电缆载流量,乘以本表的校正系数。

【例3-3】 现有两根电缆YJLV22—8.7/10 3×150双并直埋运行,土壤热阻系数为80℃·cm/W,两根电缆净距为200mm。当夏天土壤温度为32℃时,求双并运行电缆线路的长期允许载流量I

解:并列运行电缆的长期允许载流量经修正后应为

式中 n——电缆并列根数;

K1——并列修正系数;

K2——土壤热阻修正系数;

K3——环境温度修正系数;

【例3-4】 设有三根VV22—3.6/6 3×120电缆并列直埋于地下,邻近电缆间净距为200mm,土壤热阻系数为200℃·cm/W,当土壤温度为15℃时,求其最大允许载流量。

3.3.2.4 短路时允许负荷电流

电缆在事故情况或紧急情况(如转移负载等)下,才进行过载运行,此时所允许通过的电流为短时允许过载电流。一般允许过载时间不超过2h。

在事故情况下,3kV及以下电缆允许过载10%,连续2h;6~10kV电缆,允许过载15%,连续2h。

在正常运行中,10kV及以下电缆如果在过载开始前5h内的负载率和过载时间符合表3-3-2-15的规定,其允许短时过载倍数亦可按该表规定。

如果不了解电缆在过载前的负载情况,一般按事故情况下的允许过载条件予以运行。

表3-3-2-15 电缆允许过载倍数表

3.3.2.5 允许短路电流

电缆线路发生短路故障,电缆导体中通过的电流可能达到长期允许载流量的几倍或几十倍,但短路时间很短,一般只有几秒或更短的时间。由短路电流所产生的损耗热量供导体发热、温度升高,由于时间短暂,绝缘层温度升高很少,因此规定当系统短路时,电缆导体的最高允许温度应不超过下列规定:

(1)电缆线路无中间接头者(电缆导体正常运行温度按50℃计算)。

1)油浸纸绝缘电缆:

10kV及以下 铜导体 250℃;

铝导体200℃。

20~35kV 175℃。

2)橡胶绝缘电缆:

10kV及以下 200℃。

(2)电缆线路中有中间接头者:

锡焊接头 120℃;

压接接头 150℃。

电焊或气焊接头与无接头时相同。

常用电力电缆最高允许温度见表3-3-2-16。

表3-3-2-16 常用电力电缆最高允许温度

注 1.对重要回路(如发电厂、变电所以及大型联合企业等)铝芯电缆短路最高允许温度为200℃。
2.含有锡焊中间接头的电缆,短路最高允许温度为160℃。

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