第二章 电气电缆的电气参数
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电力电缆技术参数电力电缆是用于输送电能的一种电气设备,广泛应用于电力系统的输电、配电和供电领域。
电力电缆的技术参数包括额定电压、额定电流、导体截面积、绝缘材料、屏蔽结构、绝缘厚度、外径、重量、敷设方式等等。
首先是额定电压,电力电缆通常根据其所能承受的电压等级进行分类,常见的有低压电缆(额定电压不超过1kV)、中压电缆(额定电压1kV-35kV)、高压电缆(额定电压超过35kV)等。
其次是额定电流,电力电缆的额定电流是指在特定条件下,电缆所能承受的最大电流值。
额定电流的大小与电缆的导体截面积、散热条件等因素有关,一般由电缆制造商根据实际情况进行计算和标定。
导体截面积是电力电缆的重要参数之一,它决定了电缆的输电能力。
导体截面积越大,电流承载能力就越强,电缆的输电能力也就越大。
绝缘材料是用于包裹导体的一层绝缘层,其主要作用是防止电流泄漏和电缆短路。
常见的绝缘材料有聚乙烯(PE)、交联聚乙烯(XLPE)、橡胶等。
屏蔽结构是电力电缆中的一层屏蔽层,用于防止外界电磁干扰和电缆之间的相互干扰。
屏蔽结构的种类有单屏蔽、双屏蔽、金属屏蔽等多种形式。
绝缘厚度是指绝缘材料的厚度,它直接影响电缆的绝缘性能。
绝缘厚度越大,电缆的耐压能力越强,绝缘性能也就越好。
外径是电缆的外部尺寸,它决定了电缆的敷设方式和占地面积。
电缆的外径一般由导体截面积和绝缘厚度等参数决定。
重量是指电缆的质量,它直接影响电缆的悬挂和敷设方式。
电缆的重量一般由导体材料和绝缘材料等因素决定。
敷设方式是指电缆的安装方式,常见的有直埋式、管道敷设、架空敷设等多种方式。
敷设方式的选择需要根据实际情况和要求进行评估和决策。
综上所述,电力电缆的技术参数包括额定电压、额定电流、导体截面积、绝缘材料、屏蔽结构、绝缘厚度、外径、重量、敷设方式等多个方面。
这些参数的选择和确定需要根据实际要求和工程设计进行综合考虑,以确保电缆的安全可靠运行。
R=R'*(1+Y s+Y p)*(1+λ1+λ2),一般地在电缆设计和输配电工程中采用:R=R'*(1+Y s+Y p)Y s:集肤效应因数,既由于集肤效应因增加的电阻百分数Y p:临近效应因数,即由于临近效应而增加的电阻百分数Y s=X s4/(192+0.8*X s4)Y p=[X p4/(192+0.8X s4)]*(Dσ/S)2*0.312*(Dσ/S)2+1.18/[X p4/(192+0.8X p4)+0.27]对于两芯或两根单芯电缆的临近效应因数Y p=X p4*(d c/s)2*2.9/(192+0.8*X p4)λ1:护套损耗因素;λ2:铠装损耗因数X s4=(8*π*f*k s/R')*10-7X p4=(8*π*f*k p/R')*10-7f:频率R':直流电阻Dσ:线芯外径,对与扇形线芯等于相同截面圆形线芯直径S:线芯中轴间距,对与扇形线芯,S=Dσ+t,t为线芯间绝缘厚度,邻近效应因数按Y p=[X p4/(192+0.8X k s、k p:常数,不同结构的线芯有不同数值磁性材料(钢、铁)管式电缆的集肤效应和邻近效应因数,根据经验,分别比按公式计算值不同结构线芯的s和k p值干燥浸渍否k s k p线芯结构圆形、扭绞是10.8圆形、扭绞否11圆形、紧压是10.8圆形、紧压否11圆形、分割1是0.4350.37圆形、空心是20.8扇形是10.8扇形否111:适用于1500mm2以下四扇形分割线芯(有、无中心油道)2:k=(D c'-D0)/(D c'+D0)*[(D c'+2D0)/(D c'+D0)]2,D0:线芯内径(中心油道直径),D c':具有相同中心s'*(1+Y s+Y p)f:5090℃时直流电阻R'90:0.02244R':0.0176直流电阻任一温度下直流电0*(Dσ:38.6导体直径R0:20℃时直流电阻。
电力电缆主要电气参数计算及计算实例集团文件发布号:(9816-UATWW-MWUB-WUNN-INNUL-DQQTY-1.设计电压及附件的设计必须满足额定电压、雷电冲击电压、操作冲击电压和系统最高电压的要求。
其定义如下:额定电压额定电压是电缆及附件设计和电性试验用的基准电压,用U0/U表示。
U0——电缆及附件设计的导体和绝缘屏蔽之间的额定工频电压有效值,单位为kV;U——电缆及附件设计的各相导体间的额定工频电压有效值,单位为kV。
雷电冲击电压UP——电缆及附件设计所需承受的雷电冲击电压的峰值,既基本绝缘水平BIL,单位为kV。
操作冲击电压US——电缆及附件设计所需承受的操作冲击电压的峰值,单位为kV。
系统最高电压Um——是在正常运行条件下任何时候和电网上任何点最高相间电压的有效值。
它不包括由于故障条件和大负荷的突然切断而造成的电压暂时的变化,单位为kV。
定额电压参数见下表(点击放大)330kV操作冲击电压的峰值为950kV;500kV操作冲击电压的峰值为1175kV。
2.导体电阻2.1导体直流电阻单位长度电缆的导直流电阻用下式计算:式中:R'——单位长度电缆导体在θ℃温度下的直流电阻;A——导体截面积,如导体右n根相同直径d的导线扭合而成,A=nπd2/4;ρ20——导体在温度为20℃时的电阻率,对于标准软铜ρ20=0.017241Ω˙mm2/m:对于标准硬铝:ρ20=0.02864Ω˙mm2/m;1α——导体电阻的温度系数(1/℃);对于标准软铜:=0.00393℃-1;对于标准硬铝:=0.00403℃-1;k1——单根导线加工过程引起金属电阻率的增加所引入的系数。
一般为1.02-1.07(线径越小,系数越大);具体可见《电线电缆手册》表3-2-2;k2——用多根导线绞合而成的线芯,使单根导线长度增加所引入的系数。
对于实心线芯,=1;对于固定敷设电缆紧压多根导线绞合线芯结构,=1.02(200mm2以下)~1.03(240mm2以上)k3——紧压线芯因紧压过程使导线发硬、电阻率增加所引入的系数(约1.01);k4——因成缆绞合增长线芯长度所引入系数,对于多芯电缆及单芯分割导线结构,(约1.01);]k5——因考虑导线允许公差所引入系数,对于紧压结构,约1.01;对于非紧压型,k5=[d/(d-e)]2(d为导体直径,e为公差)。
电力电缆电气参数及电气特性的思考摘要:随着现代电子信息工程的发展,电力电缆的应用越来越广泛,并且电力电缆通过其自身独特的优越性,在人们的日常生活中的应用也越来越普遍。
我国的经济飞速发展,随之,新能源的开发与利用也逐步推进。
电力电缆凭借其优越性,其应用范围越来越广,例如,海底电力电缆,城市地下电力电缆。
关键词:电力电缆;电气参数;电气特性;思考引言随着城市的开发建设,电力电缆是我国重要的产业之一,其新能源的开发促进该产业的进一步发展。
电力电缆的安全、供电稳定、维维修简便等优势决定其深受城市规划建设的欢迎。
然而电力电缆由于参数的不稳定和复杂性,其参数会随着零序电流的变化而变化。
通过增加对电力电缆线路、电网用电等的认识,以此来推动电力电缆的输电工程的健康、稳定发展。
1.电力电缆的基本理论概述1.1电力电缆的应用现状在现代,由于我国经济整体水平的不断提高,新型能源的开发和应用也开始受到普遍关注,尤其是在电力工程方面的重视程度也随之不断加深。
目前,在电力工程方面主要侧重于电力电缆的应用,诸如城市电网、海底的电力电缆以及城市开发的地下电力电缆等。
同时,因为不同的输电方式在电力电缆的应用过程中的特色是不同的,所以其各自的适应范围也就有所区别。
1.2电力电缆的优势和特色1.2.1线路设置占地空间小。
在城市的地下铺设了众多的电力电缆线路,然而在城市的地下铺设电力电缆,可以有效地减少实际的占地量。
尽管这一线路铺设在地下,但是它在地面上的空间和变电站有许多的线路出线,而且从线路的检修和安全方面来思量,同一杆上的线路不需要设置太复杂,因为那样会需要更多的土地和空间。
同时,针对不同的变电站来分析,电力电缆的线路的电压和电流的运行能力是强于其他线路的。
1.2.2架设简洁、美观。
目前,由于城市地下电力电缆受到外部环境因素的制约程度小,且在城市中进行各种电力电缆线路和输送配电时,需要对其线路设置安排做出前期的规划和设计,并以此来控制道路和工厂线路配设时做到简洁、美观。
电力电缆电气参数及电气特性讨论随着城市的开发建设,电力电缆是我国重要的产业之一,其新能源的开发促进该产业的进一步发展。
电力电缆的安全、供电稳定、维维修简便等优势决定其深受城市规划建设的欢迎。
然而电力电缆由于参数的不稳定和复杂性,其参数会随着零序电流的变化而变化。
一、电力电缆的概述1.海底电力电缆海底电力电缆是相对于海域中的岛屿设定建立,解决岛屿与岛屿、岛屿与大陆或跨海大陆之间电信传输的技术问题,同时也为海底石油、天然气开采的供电。
海底电缆主要敷设在海底或河流水下,其主要用于水下的大功率输出电能。
我国第一条海底电缆是在1988 年竣工,目前我国海底电力电缆具有很大发展空间。
2.地下电力电缆地下电力电缆被城市规划建设广泛应用,其主要应用于城市地下电网、发电站的引出线路和煤矿开采的大功率电能输出和分配等方面。
电力电缆主要由负责输送电能的线芯、起绝缘作用的内、外绝缘层、导体和绝缘屏蔽层和防止外界杂质和水分侵入防水保护层四部分结构组成。
其具有占地少、传输稳定性高、超高压、大容量、安全等优势,深受大型城市建设的欢迎。
3.电力电缆的分类极其应用电力电缆主要根据电压等级和绝缘材料进行分类。
根据电压等级的不同可将电力电缆分为中、低压电力电缆(35kv 及其以下),高压电缆(110kv 以上),超高压电缆(275〜800kv以内)和特高压电缆(1000kv 以上)。
根据绝缘材料的不同可分为油浸纸绝缘电力电缆,早期该绝缘被广泛使用,其具有使用寿命长,安全性能高,价格低廉的优势,但是其敷设受到落差的限制,使其在很多领域中不能被广泛使用;塑料绝缘电力电缆,用挤压塑料达到绝缘的效果,常用聚氯乙烯、聚乙烯和交联聚乙烯的挤压塑料。
该电缆具有结构简单、可塑性高、重量轻、敷设安装便捷,不收敷设落差限制,在低压电缆中被广泛应用,但是其存在树脂化击穿现象,因此在高压电缆中禁用;橡皮绝缘电力电缆,其利用橡胶混合物的绝缘效果使其导电与周围环境起到绝缘,常用的绝缘塑料有丁苯胶混合物、乙丙胶和丁基胶等。
电线电缆标准参数1. 额定电压:电线电缆的额定电压是指电线电缆所能稳定运行的标称电压。
常见的额定电压有220V、380V、450V等。
2. 标称截面积:电线电缆的标称截面积是指电线电缆导体截面的标称尺寸。
常见的标称截面积有0.5mm²、1.0mm²、2.5mm²等。
3. 绝缘材料:电线电缆的绝缘材料是指用于包覆导体的绝缘保护层。
常见的绝缘材料有PVC(聚氯乙烯)、XLPE(交联聚乙烯)等。
4. 护套材料:电线电缆的护套材料是指用于保护绝缘层的外层材料。
常见的护套材料有PVC(聚氯乙烯)、LSZH(低烟无卤)等。
5. 耐热温度:电线电缆的耐热温度是指电线电缆可以安全使用的最高温度。
常见的耐热温度有70℃、90℃、105℃等。
6. 弯曲半径:电线电缆的弯曲半径是指在安装和使用过程中,电线电缆所允许的最小弯曲半径。
常见的弯曲半径有4倍、6倍、8倍电缆外径等。
7. 使用环境:电线电缆的使用环境是指电线电缆适用的特定环境条件,如室内、室外、耐油、耐酸碱等。
8. 标准符号:电线电缆的标准符号是指根据一定规范标识电线电缆的标识代码。
常见的标准符号有BV(铜芯聚氯乙烯绝缘电力电缆)、RV(铜芯聚氯乙烯绝缘软电缆)等。
9. 安装方式:电线电缆的安装方式是指电线电缆的安装方法,如直埋、桥架、槽道、地沟等。
10. 包装方式:电线电缆的包装方式是指在销售和运输过程中所采用的包装方法,如盘装、卷装、桶装等。
请注意,以上参数仅作为一般参考,在实际使用中应根据具体需求和标准规范选择合适的电线电缆。
电力电缆电气参数及电气特征研究摘要:随着我国经济的快速发展,电力电缆在现代工业发展中占据重要的地位,但是基于电缆在达到一定长度之后,在进行交流输电时,其电缆的功率将没有办法输出,因此研究电缆电气的参数及特征具有重要的意义。
关键词:电力电缆;参数;特征;研究受到城市用电需求不断增长以及环境意识日益增强的影响,传统的架空线路输电设备已经不能适应现代经济的发展,因此电力电缆的应用在我国城市化进程发展中显示出了巨大的意义,但是由于电气电缆在达到一定长度之后,电气电缆中的容量输出将只能满足电缆自身的功能,造成无功功率的消耗,因此基于提高电力电缆的实际效率,本文以研究电力电缆的电气参数特性对提高电缆的运行效率具有重要的意义。
一、电气电缆电气参数的相关概念(一)电气电缆结构介绍电气电缆主要分为导体、内绝缘层、金属护套以及橡塑护层等:导体的作用就是传导电流,导体是电缆的主要构成部分,根据导体的结构其主要有实芯与绞合之分,一般电缆主要应用的材料是铜和铝。
但是铜的导电性要高于铝。
同时圆形绞合导体的几何形状比较固定,因此其表面的电场也比较均匀;绝缘层。
电缆的绝缘层一般包裹在导体的外边,其主要是隔绝导体以及承受相应的电压,以此防止电流的泄露。
一般来说为了减少损耗,我们主要采取介电系数小、具有高耐温并且在电缆发生燃烧时产生浓烟少的介质;铠装层,该结构主要的作用就是保护电缆不被外力所损坏,基于电缆的大小,铠装的厚度是不相同的。
(二)电缆电气参数的介绍电缆电气的主要参数分为一次参数、二次参数之说:一次参数主要是电气参数的线芯的有效电阻、电感、电容以及绝缘电阻;二次参数主要就是波阻抗、衰减常数以及相移常数等,二次参数主要是通过一次参数的计算而得的,可以说电缆电气参数对电缆的重要性是非常大的,比如通过对电缆电气参数的计算可以得出电缆各个部分的损耗发热,并且通过绝缘电阻、电容的计算可以得出电缆的绝缘层,以此判定电缆的工艺以及使用安全性。
2.1 导电线芯电阻2.2 电缆损耗的计算2.3 电缆的长期允许工作温度和短路允许温度2.4 电力电缆的载流量计算及其修正
电气参数对电力电缆是至关重要的。
它决定了电缆的传输性能和传输容量。
这是由于电缆传输容量主要取决于各部分的损耗发热,而损耗则是根据电气参数来计算的。
第二章
电力电缆的电气参数
一、导电线芯的直流电阻
一、导电线芯的直流电阻
一、导电线芯的直流电阻
2.1 导电线芯电阻
)
1('p s y y R R ++=式中,R’为最高工作温度下,导电线芯的单位长度直流电阻,单位为Ω/m ;y s 为集肤效应因数;y p 为邻近效应因数。
二、电缆线芯交流电阻
最高工作温度下,单位长度导电线芯的直流电阻由下式计算:
+
=
R+
R
1('y
y
) 1、集肤效应因数
+
=
R+
R
1('y
y
) 2、邻近效应因数
2.2 电缆损耗的计算
电缆的温升与电缆各部分产生的热量、热阻和周围环境有关。
电缆产生的热量包括导体电阻损耗、介质损耗、护套损耗和铠装损耗等,其中以电阻损耗占比例最大。
在110kV 及以上电压等级电缆线路中,介质损耗也占较大的比例。
运行中的电缆线路,由于电缆结构特征,产生很多损耗,这些损耗是影响电缆载流量的重要因素。
一、电缆线芯损耗
2.2 电缆损耗的计算
单位长度电缆线芯损耗
(W/m )2-1式中I ——线芯电流,A ;
R ——单位长度电缆线芯的有效电阻(交流),Ω/m
R
I W c 2 电流流过导体时,一部分功率转化成热量的损耗。
二、绝缘层介质损耗
2.2 电缆损耗的计算
δ
πtg fCU W i 22=式中f —频率,Hz ;
C —单位长度电缆的电容,F/m ;
U —电缆绝缘层承受的电压,V ;
tg δ—介质损耗角正切。
电缆长期允许工作温度和最高工作电压下的tg δ最高容许值见表2-2。
消耗于绝缘层的有用功率,单位长度的电缆绝缘损耗计算式为:
三、护套损耗
2.2 电缆损耗的计算
电缆金属护套损耗的计算比较繁琐,为简便计算,可以认为电缆金属护套损耗Ws 与线芯中电流的平方成正比,因此它与线芯损耗Wc 之比为一常数,即
c s W W 1λ=''1
'11λλλ+=式中—电缆金属护套的总损耗系数;
—电缆金属护套的环流损耗系数(回路电流损耗系数);—电缆金属护套的涡流损耗系数(邻近效应损耗系数)。
1λ'1λ'
'1λ
四、铠装损耗
2.2 电缆损耗的计算
电缆具有铠装(加强层),将在不同程度上改变护套的感应电流,从而改变护套损耗。
同时,当铠装接成通路时,铠装中也会产生损牦。
铠装层和加强带中的损耗,可与护套损耗一样简化为
c
A W W 2λ=式中——电缆铠装层或加强层(带)的损耗系数;
W C ——单位长度电缆线芯损耗。
2λ
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,会导致其绝缘性能破坏,缩短电缆使用期限,甚至引起故障。
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(表2-1)。
2.3 电缆的长期允许工作温度和短路允许温度
一、电缆的长期允许工作温度
电缆工作温度过高对电缆的影响主要表现在两个方面:
1、加速电缆绝缘材料的老化,使电缆使用寿命缩短。
2、电缆绝缘受热膨胀,造成铅(铝)包的过度伸展,使电缆内部产生空隙,在电场作用下发生游离,最终导致绝缘性能受到破坏。
2.3 电缆的长期允许工作温度和短路允许温度
一、电缆的长期允许工作温度
2.3 电缆的长期允许工作温度和短路允许温度
二、电缆的短路允许温度
当电缆线路在运行中发生短路时,通过的电流将突然增加很多倍。
由于短路的时间一般很短,这些电流通过导体时所产生的热量来不及散发,致使导体的温度很快升高。
短路情况下的电缆导体允许温度也列于表2-1 中。
电缆线路有中间接头时,其接头的短路允许温度:焊锡接头为120ºC,压接接头为150 ºC(对表2-1所规定的温度低于150 ºC的电缆,则按表2-1的规定),电焊或气焊接头与导体允许温度相同。
2.4 电力电缆的载流量计算及其修正
一、电缆长期载流量
电缆载流量是指一条电缆在输送电能时所通过的电流量,在热稳定条件下,当电缆导体达到长期允许工作温度时的电缆载流量称为电缆长期允许载流量。
电缆长期允许载流量除了与电缆本身的材料与结构有关外,还取决于电缆的敷设方式和周围环境。
电缆长期允许载流量主要由以下三个因素决定:
(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,电缆周围环境温度越高,则电缆的载流量越小。
1、电缆长期载流量计算公式(
2.4 电力电缆的载流量计算及其修正
2、常用电缆的长期载流量
敷设在空气中、土壤中的油浸纸绝缘铜、铝芯电缆,以及聚氯乙烯、交联聚乙烯铜、铝芯电缆,橡皮绝缘铝芯电缆的正常允许载流量分别列于表2-5—表2-9。
注意使用限定条件。
2.4 电力电缆的载流量计算及其修正
二、电缆长期载流量的修正
电缆的长期载流量并不是一个恒定值,与诸多因素有关。
公式中电缆导体的长期允许工作温度,电缆的周围环境温度、导体截面积等均会影响长期载流量的数值。
所以,在设计实际电缆线路时,一定要根据实际使用情况对长期载流量进行修正。
1、电缆周围环境温度的修正
2、导体截面积A的修正
3、导体材料电阻率ρ的修正
4、电缆周围环境热阻G的修正
5、并列敷设根数n的修正
2.4 电力电缆的载流量计算及其修正
二、电缆长期载流量的修正
1、电缆周围环境温度的修正
环境温度是指在正常情况下敷设电缆的场所周围环境介质(空气、土壤)的温度。
因此,电缆敷设的环境不同,其电缆的长期载流量是不同的。
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。
因此,同一根电缆,在夏季的载流量变小,而在冬季的载流量可以大一些。
二、电缆长期载流量的修正
二、电缆长期载流量的修正
二、电缆长期载流量的修正
4、电缆周围环境热阻G 的修正
2.4 电力电缆的载流量计算及其修正
二、电缆长期载流量的修正
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 ºC ·cm/W ;华东、华南等潮湿地区土壤的热阻系数不大于80 ºC ·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 ºC ·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2-11。
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2-12 和表2-13。
5、并列敷设根数n 的修正
2.4 电力电缆的载流量计算及其修正
二、电缆长期载流量的修正
电缆的长期允许载流量经修正后应为:
例1:
例2:
例3:现有两根电缆
设有三根电缆
YJLW02
YJLW02—64/110—1×800mm2电缆型号进行载流量计算
电缆的敷设条件为:
土壤埋深:700mm;
土壤温度:20;
电缆间距:250mm。
根据以上的数据通过IEC60287标准提供的载流量计算公式进行计算高压敷设载流量。
单位
数据
导体与金属护套间绝缘层热阻
K·m/W
0金属护套与铠装层之间内衬层热阻
电缆载流量的数值计算方法——有限元模拟
边界条件:深层土壤边界属于第一类边界条件,边界温度即为深层土壤温度;左、右土壤边界属于第二类边界条件,其水平温度梯度为0;地表边界对流换热系数和空气温度已知,符合第三类边界条件。
有限元模拟结果
载流量I=823.2A
思考题
1、电缆工作温度过高对电缆有哪些影响?
2、电缆的损耗主要包括哪几方面?
3、什么是电缆长期允许载流量?决定电缆长期允许载流量的因素有哪些?
4、为什么要对电缆长期允许载流量进行修正?电缆长期允许载流量进行修正时考虑哪些因素?
5、设有三根电缆VV22—3.6/6 3×120电缆并列直埋地下,邻近电缆间净距为200mm,土壤热阻系数为200 ºC·cm/W,当土壤温度为15 ºC时,求其最大允许载流量。