导线热稳定计算

电力电缆金属屏蔽的截面积及其短路热稳定要求摘 要：参考国内外相关标准，根据电力电缆金属屏蔽的热稳定性能，对中压电力电缆的金属屏蔽层截面积提出明确的要求，以规范招投标技术要求，保证电力电缆金属屏蔽满足电网长期稳定安全运行要求。

关键词：电力电缆 金属屏蔽 截面积 热稳定Requirements for metallic screen size and thermal short-circuit of power cable Abstract: According to national and international standards, this paper specifies the cross-section sizes of metallic screen of power cable so that it meets with the thermal short-circuit requirements. It ensures that the metallic screen meet the requirements for long-term safe operation of power distribution systems. The conclusion is part of technical specifications for tender documents.Key words: power cable, metallic screen, cross-section, thermal short-circuit0 引 言按照现有国家有关标准规定，电力电缆屏蔽短路试验由制造厂与用户考虑电网实际短路条件确定；中压电力电缆标准缺少关于金属屏蔽截面积的规定，制造厂一般都没有对电缆的金属屏蔽层进行短路热稳定试验；在实际招投标过程中，往往缺少对电力电缆金属屏蔽的截面积的明确规定；本文在总结国内外相关文献资料的基础上，根据铜导体的热稳定性能计算公式，提出了电缆金属屏蔽层截面积的确定方法。

母线电动力及动热稳定性计算1 目的和范围本文档为电气产品的母线电动力、动稳定、热稳定计算指导文件，作为产品结构设计安全指导文件的方案设计阶段指导文件，用于母线电动力、动稳定性、热稳定性计算的选型指导。

2 参加文件表13 术语和缩略语表24 母线电动力、动稳定、热稳定计算4.1 载流导体的电动力计算4.1.1 同一平面内圆细导体上的电动力计算➢ 当同一平面内导体1l 和2l 分别流过1I 和2I 电流时（见图1），导体1l 上的电动力计算h F K I I 4210πμ=式中 F ——导体1l 上的电动力（N ）0μ——真空磁导率，m H 60104.0-⨯=πμ；1I 、2I ——流过导体1l 和2l 的电流（A ）；h K ——回路系数，见表1。

图1 圆细导体上的电动力表1 回路系数h K 表两导体相互位置及示意图h K平行21l l =∞=1l 时，al K h 2=∞≠1l 时，⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+=l a l a a l K h 2)(1221l l ≠222)()(1la m l a l a K h ++-+=22)()1(lam +--la m =➢ 当导体1l 和2l 分别流过1I 和2I 电流时，沿1l 导体任意单位长度上各点的电动力计算f 124K f I I dμ=π式中 f ——1l 导体任意单位长度上的电动力（m N ）；f K ——与同一平面内两导体的长度和相互位置有关的系数，见表2。

表2 f K 系数表4.1.2 两平行矩形截面导体上的电动力计算两矩形导体（母线）在b ＜＜a ，且b ＞＞h 的情况下，其单位长度上的电动力F 的计算见表3。

当矩形导体的b 与a 和h 的尺寸相比不可忽略时，可按下式计算712210x L F I I K a-=⨯ 式中 F -两导体相互作用的电动力，N ； L -母线支承点间的距离，m ；a -导体间距，m ；1I 、2I -流过两个矩形母线的电流，A ；x K -导体截面形状系数；表3 两矩形导体单位长度上的电动力4.1.3 三相母线短路时的电动力计算三相母线布置在同一平面中，是实际中经常采用的一种布置型式。

绝缘导体的热稳定校验公式中k值之校验——《低压配电设计规范》gb50054-95第四章第2节
k值的计算公式如下：
k=(Tc-Ta)/(Ta-Tr)
其中，Tc为导线所能承受的最高温度，Ta为绝缘材料的最高工作温度，Tr为环境温度。

在进行热稳定校验时，需要进行如下步骤：
1.根据电器设备的规格和使用条件确定导线所能承受的最高温度Tc。

2.确定绝缘材料的最高工作温度Ta，一般情况下可以参考国家标准
或相关技术文件。

3.确定环境温度Tr，一般情况下可以根据当地气象资料或实测数据
确定。

4.计算k值，根据上述公式将Tc、Ta和Tr代入计算。

5.根据计算得到的k值，参考国家标准或相关技术文件，确定导线尺寸。

需要注意的是，热稳定校验公式中的k值只是一个参考值，实际应用
时还需考虑其他因素，如导线材料的热导率、传导距离等。

此外，绝缘导
体的热稳定性校验还需要考虑导线的散热条件、导线的安装方式等。

因此，在进行热稳定校验时，还需综合考虑其他因素进行综合分析。

绝缘导体的热稳定性校验对于保障电器设备的正常运行和延长设备使
用寿命具有重要意义。

准确计算和确定导线的热稳定性，并合理选择导线
尺寸，可以有效避免导线因温度过高而导致的故障和损坏，提高电气设备的可靠性和稳定性。

因此，在进行热稳定校验时，需要认真进行计算和评估，并参考国家标准或相关技术文件的要求和指导，确保校验结果合理可靠。

本人riglucky 结合手册简要总结供配电设计需要的计算公式如下，希望对大伙有帮助，本人喜欢结交好友，可联系我****************。

一、负荷计算按照计算负荷表，两台水泵同时运行的负荷计算如下：(要打印的版本公式写到一块)e x c P K P ⋅= =0.6⨯220 =132kW ϕtan ⋅=c c P Q =132⨯0.83 =109.56 Kvar22c c c Q P S += =2256.109132+ =171.54 kVANc c U S I 3==260.64 A由于水泵是一台一台的进行启动，所以单台启动时的电流77.038.03110cos 3⨯⨯==ϕN N c U P I =217.05 AOLop a K I I ≥1 （保护设备的动作电流）因为是笼型电动机，所以系数取5-7之间，我们选6；有尖峰电流：c st pk I K I ⋅= =6⨯217.05=1302.33 A（用来选熔断器、断路器、整定继电保护装置，检验电机自起动条件） 水泵电缆选择：相线选择：按30度明敷的BV-500型的铜芯塑料为270mm 的05.2172461=〉=c a I A I满足发热条件。

N 线的选择：按照ϕA A 5.00≥,选2035mm A =二、变压器的选择单台留有80%的裕量可满足要求。

有两台主变压器的变电所，变压器选择：(要打印的版本公式写到一块)c .0.7)S -(0.6=≈T N T S S =0.7⨯253.91=177.74 kV A )(.I I +I ≥≈c T N T S S S =171.54 kV A变压器可选：容量大于177.74 kV A因为矿上已有SC-800/10/0.4型的变压器，在容量上满足要求。

从中央配电室到中央变压器室的电缆选择：7.0103236.13cos 3⨯⨯==ϕN c c U P I =19.48 A按经济电流范围，查表得杨庄交联聚乙烯绝缘带铠装铜芯电缆电流为19.48A 时，选择导线截面积235mm A ec =，截面积为235mm 时对于华东地区三班制电流为29-41A之间大于19.48A 满足载流量的要求。

现对《低压配电设计规范》GB50054-95的第4.2.2条的规定，谈谈我的意见。

第4.2.2条：绝缘导线的热稳定校验应符合下列规定：一. 当短路持续时间不大于5s时，绝缘导体的热稳定应按下式进行校验：S≥It0.5/K（4.2.2）式中 S——绝缘导体的线芯截面（mm2）；I——短路电流有效值（均方根值A）；t——在已达到允许最高持续工作温度的导体内短路电流持续作用的时间（s）；K——不同绝缘的计算系数。

二.不同绝缘、不同线芯材料的K值，应符合表4.2.2的规定。

三.短路持续时间小于0.1s时，应计入短路电流非周期分量的影响；大于5s时应计入散热的影响。

在执行该条规定时，需注意下列问题：1. 公式（4.2.2）只适合短路持续时间不大于5s。

2. 短路电流I如何确定：a) 相线的热稳定校验：在220/380配电系统中，一般以三相短路电流为最大。

两相短路电流在远离发电机处发生短路时仅为三相短路电流的0.866倍，只有在发电机出口处短路时两相短路电流可能达三相短路电流的1.5倍。

因此，当短路点远离发电机时，校验相线的热稳定时I值采用三相短路电流值；在发电机出口处发生短路时I值采用两相短路电流。

b) 中性线（N）的热稳定校验：取相线对中性线的短路电流作为I值。

c) TN-C系统的PEN、TN-S系统的PE、TT系统的PE、IT系统的PE线热稳定校验：TN-C系统的PEN及TN-S系统的PE线的热稳定校验取相线对PEN或PE线的短路电流作为I值。

TT系统，考虑到某一设备发生中性线碰外壳接地，因中性线基本上为地电位，故障电流甚小，回路上的过电流保护以及RCD都无法动作，此故障作为第一次故障得以长期潜伏下来。

但因中性线碰设备外壳与PE线导通，此TT系统实际已转变为TN系统。

其后设备发生相线碰外壳时，PE线上流过的故障电流将和TN系统同样大，以金属导体为通路的金属性短路电流。

因此TT系统的PE线的热稳定校验所采用的I值需考虑上述的要求。

求热稳定系数设环境温度C 0035=θ，缆芯允许最高温度C H 090=θ 短路时允许最高温度C m 0250=θ，负荷电流为0.8H I短路前缆芯最高工作温度 C I I H P H P 0220084)18.0)(3590(35))((=-+=-+=θθθθ 热稳定系数 )20(1)20(1ln1-+-+=p m f K Jqn C θαθαα )2084(00393.01)20250(00393.01ln100184.0100393.04.31114-+-+=-X x x x 0184.000393.01042.04.314x x x X =4104052.1x =注意：C 热稳定系数在这里是用2cm 求出的数值，而电缆的截面是以2mm 为单位，所以在公式中要乘以210单位推算公式：2423111cm cm cmcm cm Pq C ====所以公式： Ct IS ≥min 求出的电缆截面单位为2cm 2min 10x CtIS ≥ 求出的电缆截面单位为2mm 2.硬导体截面的校验： 短路热稳定校验复习指导书第181页，C Q S d=或CtI C t I S ==2式中 S ——导线的截流截面，2mmd Q ——短路电流的热效应，S A •2C ——热稳定系数（查表10-3-3）第181页若为铜导体，在C 070时的热稳定系数为C=171，在不同环境温度时C 值可按下式求得：21241210ln 10ln--++=++=x t T t T K x t T t T K C 例：求铜导线在C 080时热稳定系数C 值：即C t 0180=, C t 02300= (表10-3-3))(1052246cm SW x K •Ω•= ， C J 0235=所以 3.1661080235300235ln1052226=++=-x x C结果与表10-3-4中完全相同,所以在校验铜导体的热稳定时可直接查表得C 值四、按短路动稳定校验一般要求：短路时产生的机械应力一般按三相短路时冲击电流ch i 验算，验算结果应满 足：δδ>xu x x x δδδ+=-式中 xu δ——导体材料的最大允许应力，2cm N；当计及安全系数（对应于材料破坏应力时取1.4）后，铜为3107.13x ；铝为3109.6x ,2cm Nx δ——短路时同相导体片间相互作用的机械应力，2cm Nx x -δ——短路时导体相间产生的最大机械应力，2cm N导体短路电动力计算当三相导体位于同一平面时，短路电动力的计算公式：NS i alx F ch 210037.6-= 式中： F ——短路电动力 N ch i ——短路冲击电流 KA5N ——与短路类型有关的系数，见表10-3-6例：验算10KV 高压柜母线在短路时的最大允许应力：铜母线规格为80x82mm ,即b=8cm ，h=0.8cm ；高压柜最大宽度为1200mm ，即支持点距离为l=120cm ； 母线相间距离为250mm ，即a=25cm;母线短路时的短路冲击电流 KA i ch 41.43=(根据短路电流计算)短路类型系数为5N ，为当05.0=f T 和t=0.01秒时，在三相短中时中间相导体，86.25=N当三相短路时中间相的电动力为：N x x F ,7.156186.241.432512010037.622==- 在铜母线每2cm 上的最大允许应力为:)(107.13)(2448.087.15612321cm N x cm N x bxh F XL <===δ铜导体最大允许应力。

接地装置的热稳定校核 第一节 接地装置的发热1.1 概述在电力系统中，工作电流或接地电流将流过接地线，接地体流向大地，当电流流过接地线和接地体时，会引起金属发热。

如果金属导体的界面选择的较小，在大的接地短路电流流过时，会引起土壤发热，使土壤的水分蒸发甚至汽化，引起土壤电阻率上升，严重时可以造成土壤烧结，使接地极不能正常工作。

因此，需对接地装置的发热和热稳定进行认真的分析和计算。

1.2 电流流过半球形电极时土壤的温升 1.2.1 电流长期流经电极时当电流经半球形接地极向土壤流散时，土壤由于接地电阻的存在，土壤会发热，土壤的温升将达到某一稳定值。

半球形电极土壤的发热计算如下图1图1 半球形电极土壤的发热计算 距球心为r 的范围内每秒产生的热量P ，222211()22ra dr P I R II r a rρρππ===-⎰ （1） 在r →∞处的温升τ为零，而在r a =处温升为最大，该处最大温升为202m U τλρ= （2） 电极附近土壤的温度在任何情况下都不允许升高到100℃，否则，土壤的水分将蒸发掉，以致土壤的电阻增大到极大的数值。

如取土壤的导热系数1/w c m λ=︒∙，土壤的电阻率为100m ρ=Ω∙，土壤的最大允许温升60m τ=℃，则可求出电极的允许电位为0110()U V =又由于半球形电极表面的电流密度22IJ a π=（3） 如果电极半径1a m =，仍取壤的最大允许温升60m τ=℃，则由上式求得电极表面的最大允许持续电流密度（即土壤温升最大处的电流密度）为21.1(/)J A m =，电极允许通过的最大持续电流 6.9()I A =1.2.2 电流短期流经半球形电极当电流通过接地电极的时间较短（约数秒），可以不考虑热的传导而按绝热过程来计算，即认为流过土壤某处的电流所产生热量全部用来提高土壤该处的温升。

以半径r 处的厚度为dr 的半球壳为例，假定土壤的比热为γ，在dt 时间内土壤的温升为d τ，则半球壳dr 在dt时间内需吸收的热量2Q 应为222Q r drd γππ= （4）而半球壳dr 在dt 的时间内所产生的热量1P 为2122drP Idt r ρπ= （5） 令21Q P =，整理积分可得222()2I t J t rρρτπγγ== （6） 当时间t 确定后，土壤短时发热时的温升将直接取决于流经土壤的电流密度J 。