礦用電纜廠家介紹電力電纜主參數(shù)計(jì)算方法
電力電纜在電力工程設(shè)計(jì)和施工過程中，如何計(jì)算該電力電纜的直流電阻，交流電阻、電感、阻抗、電壓降及電容，是電力設(shè)計(jì)師和負(fù)責(zé)施工的工程師必須要掌握的。下面是小編整理的電力電纜主要電氣參數(shù)計(jì)算，小編還細(xì)心的列舉的一個(gè)計(jì)算實(shí)例，是不是特別有愛?
那么，現(xiàn)在就正式讓礦用電纜廠家給我們介紹!
1.設(shè)計(jì)電壓
電力電纜及附件的設(shè)計(jì)必須滿足額定電壓、雷電沖擊電壓、操作沖擊電壓和系統(tǒng)最高電壓的要求。其定義如下：
額定電壓
額定電壓是電纜及附件設(shè)計(jì)和電性試驗(yàn)用的基準(zhǔn)電壓，用U0/U表示。
U0——電纜及附件設(shè)計(jì)的導(dǎo)體和絕緣屏蔽之間的額定工頻電壓有效值，單位為kV;
U——電纜及附件設(shè)計(jì)的各相導(dǎo)體間的額定工頻電
壓有效值，單位為kV。
雷電沖擊電壓
UP——電纜及附件設(shè)計(jì)所需承受的雷電沖擊電壓的峰值，既基本絕緣水平BIL，單位為kV。
操作沖擊電壓
US——電纜及附件設(shè)計(jì)所需承受的操作沖擊電壓的峰值，單位為kV。
系統(tǒng)最高電壓
Um——是在正常運(yùn)行條件下任何時(shí)候和電網(wǎng)上任何點(diǎn)最高相間電壓的有效值。它不包括由于故障條件和大負(fù)荷的突然切斷而造成的電壓暫時(shí)的變化，單位為kV。
定額電壓參數(shù)見下表
330kV操作沖擊電壓的峰值為950kV;500kV操作沖擊電壓的峰值為1175kV。
2.導(dǎo)體電阻
2.1導(dǎo)體直流電阻
單位長(zhǎng)度電力電纜的導(dǎo)直流電阻用下式計(jì)算:
式中：
R'——單位長(zhǎng)度電纜導(dǎo)體在θ℃溫度下的直流電阻;
A——導(dǎo)體截面積，如導(dǎo)體右n根相同直徑d的導(dǎo)線扭合而成，A=nπd2/4;
ρ20——導(dǎo)體在溫度為20℃時(shí)的電阻率，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)軟銅ρ20=0.017241Ω˙mm2/m：對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)硬鋁：ρ20=0.02864Ω˙mm2/m;
α——導(dǎo)體電阻的溫度系數(shù)(1/℃);對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)軟銅：=0.00393℃-1;對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)硬鋁：=0.00403℃-1;
k1——單根導(dǎo)線加工過程引起金屬電阻率的增加所引入的系數(shù)。一般為1.02-1.07(線徑越小，系數(shù)越大);具體可見《電線電纜手冊(cè)》表3-2-2;
k2——用多根導(dǎo)線絞合而成的線芯，使單根導(dǎo)線長(zhǎng)度增加所引入的系數(shù)。對(duì)于實(shí)心線芯，=1;對(duì)于固定敷設(shè)電纜緊壓多根導(dǎo)線絞合線芯結(jié)構(gòu)，=1.02(200mm2以下)～1.03(240mm2以上)
k3——緊壓線芯因緊壓過程使導(dǎo)線發(fā)硬、電阻率增加所引入的系數(shù)(約1.01);
k4——因成纜絞合增長(zhǎng)線芯長(zhǎng)度所引入系數(shù)，對(duì)于多芯電纜及單芯分割導(dǎo)線結(jié)構(gòu)，(約1.01);]
k5——因考慮導(dǎo)線允許公差所引入系數(shù)，對(duì)于緊壓結(jié)構(gòu)，約1.01;對(duì)于非緊壓型，k5=[d/(d-e)]2(d為導(dǎo)體直徑，e為公差)。
20℃導(dǎo)體直流電阻詳見下表：
以上摘錄于《10(6)kV～500kV電纜技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(Q∕GDW371-2009)。
2.2導(dǎo)體的交流電阻
在交流電壓下，線芯電阻將由于集膚效應(yīng)、鄰近效應(yīng)而增大，這種情況下的電阻稱為有效電阻或交流電阻。
電力電纜線芯的有效電阻，國內(nèi)一般均采用IEC-287推薦的公式:
R=R′(1+YS+YP)
式中：
R——最高工作溫度下交流有效電阻，Ω/m;
R′——最高工作溫度下直流電阻，Ω/m;
YS——集膚效應(yīng)系數(shù)，YS=XS4/(192+0.8XS4)，
XS4=(8πf/R′×10-7kS)2;
YP——鄰近效應(yīng)系數(shù)，YP=XP4/(192+0.8XP4)(Dc/S)2{0.312(Dc/S)2+1.18/[XP4/(192+0.8XP4)+0.27]}，XP4=(8πf/R′×10-7kP)2。
XS4——集膚效應(yīng)中頻率與導(dǎo)體結(jié)構(gòu)影響作用;
XP4——鄰近效應(yīng)中導(dǎo)體相互間產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)影響作用;
f——頻率;
Dc——線芯直徑，m;
S——線芯中心軸間距離，m;
ks——線芯結(jié)構(gòu)常數(shù)，分割導(dǎo)體ks=0.435，其他導(dǎo)體ks=1.0;
kp——線芯結(jié)構(gòu)系數(shù)，分割導(dǎo)體kp=0.37，其他導(dǎo)體kp=
0.8~1.0;
對(duì)于使用磁性材料制做的鎧裝或護(hù)套電纜，Yp和Ys應(yīng)比計(jì)算值大70%，即:
R=R′[1+1.17(YS+YP)]
3.電纜的電感
3.1自感
則單位長(zhǎng)度線芯自感：
Li=2W/(I2L)=μ0/(8π)=0.5×10-7
式中：
Li——單位長(zhǎng)度自感，H/m;
μ0——真空磁導(dǎo)率，μ0=4π×10-7，H/m;
以上一般是實(shí)心圓導(dǎo)體，多根單線規(guī)則扭絞導(dǎo)體如下表：
因誤差不大，計(jì)算一般取Li=0.5×10-7H/m。
3.2高壓及單芯敷設(shè)電纜電感
對(duì)于高壓電力電纜，一般為單芯電纜，若敷設(shè)在同一平面內(nèi)(A、B、C三相從左至右排列，B相居中，線芯中心距為S)，三相電路所形成的電感根據(jù)電磁理論計(jì)算如下：
對(duì)于中間B相：
LB=Li+2ln(2S/Dc)×10-7(H/m)
對(duì)于A相：
LA=Li+2ln(2S/Dc)×10-7-α(2ln2)×10-7(H/m)
對(duì)于C相：
LC=Li+2ln(2S/Dc)×10-7-α2(2ln2)×10-7(H/m)
式中：
實(shí)際計(jì)算中，可近似按下式計(jì)算：
LA=LB=LC=Li+2ln(2S/Dc)×10-7(H/m)
同時(shí)，經(jīng)過交叉換位后，可采用三段電纜電感的平均值，即：
L=Li+2ln(2×(S1S2S3)1/3/Dc)×10-7(H/m)
=Li+2ln(2×21/3S/Dc)×10-7(H/m)
對(duì)于多根電纜并列敷設(shè)，如果兩電纜間距大于相間距離時(shí)，可以忽略兩電力電纜相互影響。
3.3三相電纜的電感
主要計(jì)算中低壓三相電纜三芯排列為“品”字形電纜。根據(jù)電磁場(chǎng)理論，三芯電纜工作電感為：
L=Li+2ln(2S/Dc)×10-7
式中：
L——單位長(zhǎng)度電感，H/m;
S——電纜中心間的距離，m;
若三芯電纜電纜中心間的距離不等距，或單芯三根品字排列時(shí)三相回路電纜的電感按下式計(jì)算：
式中：
S1、S2、S3——電纜各相中心之間的距離，m。
4.電纜金屬護(hù)套的電感
4.1三角排列
三根單芯電纜按等邊三角形敷設(shè)的三相平衡負(fù)載交流回路，護(hù)套開路，每相單位長(zhǎng)度電纜金屬護(hù)套的電感為：
Ls=2ln(S/rs)×10-7(H/m)
式中：
rs——電纜金屬護(hù)套的平均半徑，m。
4.2等距直線排列
三根單芯電纜按等距離平面敷設(shè)的三相平衡負(fù)載交流回路，護(hù)套開路，每相單位長(zhǎng)度電纜金屬護(hù)套的電感為：
對(duì)于中間B相：
LSB=2ln(S/rs)×10-7(H/m)
對(duì)于A相：
LSA=2ln(S/rs)×10-7-α(2ln2)×10-7(H/m)
對(duì)于C相：
LSC=2ln(S/rs)×10-7-α2(2ln2)×10-7(H/m)
式中：
三相平均值：
LS=2ln(S/rs)×10-7+2/3?ln2×10-7(H/m)
4.3任意直線排列
三根單芯電纜平面敷設(shè)的三相平衡負(fù)載交流回路，電力電纜換位，護(hù)套開路，每相單位長(zhǎng)度電纜技術(shù)護(hù)套的電感為：
LSB=2ln(((S1S2S3)1/3)1/3/rs)×10-7(H/m)
5.電纜電抗、阻抗及電壓降
5.1電抗
電纜的電抗為：
X=ωL(Ω/m)
式中：
L——電纜單位長(zhǎng)度的電感，H/m;
ω=2πf。
5.2阻抗
電纜的阻抗為：
Z=(R2+X2)1/2(Ω/m)
式中：
R——電纜單位長(zhǎng)度的交流有效電阻，Ω/m。
5.3電壓降
電纜的電壓降為：
△U=IZl(V)
式中：
I——導(dǎo)體電流，A;
l——電纜長(zhǎng)度，m。
6.電纜的電感
電纜的電容是電纜中的一個(gè)重要參數(shù)，它決定電纜線路的輸送容量。在超高壓電纜線路中，電容電流可能達(dá)到電纜額定電流的數(shù)值，因此高壓電纜必須采取措施(一般采取交叉互聯(lián))抵消電容電流來提高纜線路的輸送容量。
電纜電荷量與電壓的的比值則為該電纜的電容。
相電壓：
u=q/(2πε0ε).ln(Di/Dc)
所以電纜單位長(zhǎng)度的電容為：
C=q/u=2πε0ε/ln(Di/Dc)
式中：
Di——絕緣外徑，m;
ε——絕緣介質(zhì)相對(duì)介電常數(shù)，交聯(lián)聚乙烯ε=2.5，聚乙烯ε=2.3，聚氯乙烯ε=8.0，F(xiàn)/m;
ε0——真空絕對(duì)介電常數(shù)，ε0=8.86×10-12，F(xiàn)/m;
7.計(jì)算實(shí)例
一條電力電纜型號(hào)YJLW02-64/110-1X630長(zhǎng)度為2300m,導(dǎo)體外徑Dc=30mm，絕緣外徑Di=65mm，電纜金屬護(hù)套的平均半徑rs=43.85，線芯在20°C時(shí)導(dǎo)體電阻率ρ20=0.017241×10-6Ω˙m，線芯電阻溫度系數(shù)α=0.00393℃-1，k1k2k3k4k5≈1，電纜間距100mm，真空介電常數(shù)ε0=8.86×10-12F/m，絕緣介質(zhì)相對(duì)介電常數(shù)ε=2.5,正常運(yùn)行時(shí)載流量420A。計(jì)算該電纜的直流電阻，交流電阻、電感、阻抗、電壓降及電容。
計(jì)算如下：
1.直流電阻
根據(jù)直流電阻公式：
得：
R'=0.017241×10-6(1+0.00393(90-20))/(630×10-6)
=0.3489×10-4(Ω/m)
該電纜總電阻為R=0.3489×10-4×2300=0.08025(Ω)
2.交流電阻
由公式Y(jié)S=XS4/(192+0.8XS4)，XS4=(8πf/R′×10-7kS)2得：
XS4=(8×3.14×50/0.3489×10-4)×10-14=12.96
YS=12.96/(192+0.8×12.96)=0.064
由公式XP4=(8πf/R′×10-7kP)2得：
XP4=(8×3.14×50/0.3489×10-4)×10-14=12.96
由公式Y(jié)P=XP4/(192+0.8XP4)(Dc/S)2{0.312(Dc/S)2+1.18/[XP4/(192+0.8XP4)+0.27]}得：
YP=12.96/(192+0.8×12.96)(30/100){(0.312(30/100)+1.18/(12.96/(192+0.8×12.96)+0.27)｝=0.02
有公式R=R′(1+YS+YP)得：
R=0.3489×10-4(1+0.064+0.02)=0.378×10-4(Ω/m)
該電纜交流電阻RZ=0.378×10-4×2300=0.8699(Ω)
3.電感
由公式L=Li+2ln(2S/Dc)×10-7得到單位長(zhǎng)度電感：
L1=0.5×10-7+2ln(2×100/65)×10-7=2.75×10-7(H/m)
該電纜總電感為L(zhǎng)=2.75×10-7×2300=0.632×10-3H
4.金屬護(hù)套的電感
由公式LS=2ln(S/rs)×10-7+2/3?ln2×10-7得到單位長(zhǎng)度金屬護(hù)套的電感：
LS1=2ln(100/43.85)×10-7+2/3?ln2×10-7
=2.11×10-7H/m
該電纜金屬護(hù)套的電感為L(zhǎng)S=2.11×10-7H/m×2300=0.4855×10-3H
5.電抗、阻抗及電壓降
由公式X=ωL得到電抗：
X=2πf×0.632×10-3=0.199Ω
由公式Z=(R2+X2)1/2得到阻抗：
Z=(0.86992+0.1992)1/2=0.8924Ω
由公式△U=IZl得到電壓降為：
△U=500×0.8924Ω=374.8V
6.電容
由公式C=2πε0ε/ln(Di/Dc)得到單位長(zhǎng)度電容：
C1=2×3.14×8.86×10-12×2.5/Ln(65/30)=0.179×10-6F/m
該電纜總電容為C=0.179×10-6×2300=0.411×10-3F
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