电力电缆载流量及绝缘层厚度核定

电力电缆
由： 可得，当 此时其相应的电压
时，电缆的传输功率为零。
相应介质损耗角正切(tg δ)称为临界介质损耗角正切(tgδ )
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 的负载。
电力电缆
显然，若考虑全部的热阻，临界介质损耗因数可写为
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。
电力电缆
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。
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，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。
电力电缆
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1.2K·m/W。
电力电缆
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。
电力电缆
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。
电力电缆
★但随线芯截面的增大，电缆的体积也会增大。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。
电力电缆
以tgδ=0时电缆的传输功率为100%，绝缘层介质损耗角正切tgδ 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。
电力电缆
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。
2、绝缘层：提高电缆绝缘工作温度(Δ Ɵ)；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)。
电力电缆
电力电缆载流量影响因素分析
电力电缆
根据热路方程求出载流量的计算公式：
式中：θc——导体允许最高工作温度 θa——周围媒质温度 Wi——介质损耗 λ1、λ2——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
以YJLW03-64/110-1×800电缆为例，在相同条件下不同接地方 式时的载流量如下表所示。
电力电缆
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 。
电力电缆
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。
另外在选择绝缘材料时，应选择介电系数较小的材料以减少电 容电流。为了提高传输容量绝缘材料更应严格限制tgδ , 选择具有 较高击穿强度和较高耐温等级的材料。
电力电缆
电力电缆
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 1.2K·m/W计算。
电力电缆
对于10kV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tgδ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 δ。
电力电缆
当电压U< Uo时，因电压较低， 介质损耗影响较小，随电压升高， 功率亦会提高；但当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。