電力電纜主要電氣參數(shù)計算及計算實例

1、1. 設(shè)計電壓 電纜及附件的設(shè)計必須滿足額定電壓、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)計和電性試驗用的基準(zhǔn)電壓，用U0/U 表示。U0電纜及附件設(shè)計的導(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)計所需承受的操作沖擊電壓的峰值，單位為kVo系統(tǒng)最高電壓Um是在正常運行條件下任何時候和電網(wǎng)上任何點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

2、然切斷而造成的電壓暫時的變化，單位為kVo定額電壓參數(shù)見下表（點擊放大）330kV操作沖擊電壓的峰值為 950kV; 500kV操作沖擊電壓的峰值為 1175kV2. 導(dǎo)體電阻導(dǎo)體直流電阻單位長度電纜的導(dǎo)直流電阻用下式計算 :式中：R/ 單位長度電纜導(dǎo)體在曠C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=nn d2/4;p 20導(dǎo)體在溫度為 20C時的電阻率，對于標(biāo)準(zhǔn)軟銅p 20= Q- mm2/m對于標(biāo)準(zhǔn)硬鋁：P 20= Q- mm2/m首頁 1234a 導(dǎo)體電阻的溫度系數(shù)（1/ C）；對于標(biāo)準(zhǔn)軟銅：二C -1 ；對于標(biāo)準(zhǔn)硬鋁：二C-1；k1 單根導(dǎo)線加工過程引

3、起金屬電阻率的增加所引入的系數(shù)。一般為（線徑越小，系數(shù)越大）；具體可見電線電纜手冊表 3-2-2 ；k2 用多根導(dǎo)線絞合而成的線芯，使單根導(dǎo)線長度增加所引入的系數(shù)。對于實心線芯，=1;對于固定敷設(shè)電纜緊壓多根導(dǎo)線絞合線芯結(jié)構(gòu)，=（200mm2以下）（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）；k4 因成纜絞合增長線芯長度所引入系數(shù)，對于多芯電纜及單芯分割導(dǎo)線結(jié)構(gòu), (約)； k5 因考慮導(dǎo)線允許公差所引入系數(shù)，對于緊壓結(jié)構(gòu)，約；對于非緊壓型，k5=d/(d-e)2(d 為導(dǎo)體直徑， e 為公差)。20 C導(dǎo)體直流電阻詳見下表(點擊放大)：以上摘錄于10(

4、6)kV500kV電纜技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(Q/ GDW371-200)。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，Q /m;R 最高工作溫度下直流電阻，Q /m;YS集膚效應(yīng)系數(shù)， Y S=XS4/(192+，XS4二(8n f/R X 10-7kS ) 2;Y 鄰近效應(yīng)系數(shù)，YP=XP4/(192+(Dc/S)2(Dc/S)2+XP4/(192+，XP4= ( 8 xs集膚效應(yīng)中頻率與導(dǎo)體結(jié)構(gòu)影響作用;XP鄰

5、近效應(yīng)中導(dǎo)體相互間產(chǎn)生的交變磁場影響作用；f 頻率;De線芯直徑，ms線芯中心軸間距離，mks 線芯結(jié)構(gòu)常數(shù)，分割導(dǎo)體 ks=，其他導(dǎo)體ks=；kp線芯結(jié)構(gòu)系數(shù)，分割導(dǎo)體 kp二，其他導(dǎo)體kp=；對于使用磁性材料制做的鎧裝或護套電纜，Yp和Ys應(yīng)比計算值大70%即:R=R 1+(YS+YP)3. 電纜的電感自感則單位長度線芯自感：Li=2W/(l2L)二 口 0/(8 n )= X 10-7式中：Li 單位長度自感，H/m；口 0真空磁導(dǎo)率，口 0=4 nX 10-7，H/m；以上一般是實心圓導(dǎo)體，多根單線規(guī)則扭絞導(dǎo)體如下表： 因誤差不大，計算一般取 Li= X 10-7H/m。高壓及單芯敷設(shè)

6、電纜電感對于高壓電纜，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)電磁理論計算如下：對于中間B相：LB=Li+2ln(2S/Dc) X 10-7(H/m)對于 A 相：LA二Li+21 n(2S/Dc) X 10-7- a (21 n2) X 10-7(H/m)對于C相：LC=Li+2ln(2S/Dc) X 10-7- a 2(2ln2) X 10-7(H/m)式中：實際計算中，可近似按下式計算：LA=LB=LC=Li+2ln(2S/Dc) X10-7(H/m)同時，經(jīng)過交叉換位后，可采用三段電纜電感的平均值，即：L=L

7、i+2ln(2 X (S1S2S3)1/3/Dc) X 10-7(H/m)對于多根電纜并列敷設(shè)，如果兩電纜間距大于相間距離時，可以忽略兩電纜相互 影響。三相電纜的電感主要計算中低壓三相電纜三芯排列為“品”字形電纜。根據(jù)電磁場理論，三芯電 纜工作電感為：L二Li+21 n(2S/Dc) X 10-7式中：L單位長度電感，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三相回路電纜的電感按下式計算：式中：S1、S2、S3電纜各相中心之間的距離，m4. 電纜金屬護套的電感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，護套開路，每相單位長度電纜金屬護套

8、的電感為：Ls=2ln(S/rs) X 10-7(H/m)式中：rs 電纜金屬護套的平均半徑， m。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，護套開路，每相單位 長度電纜金屬護套的電感為：對于中間 B 相：LSB=2I n(S/rs) X 10-7(H/m)對于 A 相：LSA=2In(S/rs) X 10-7- a (2In2) X 10-7(H/m)對于C相：LSC=2In(S/rs) X 10-7- a 2(2In2) X 10-7(H/m)式中：三相平均值：LS=2In(S/rs) X 10-7+2/3?In2 X 10-7(H/m)任意直線排列三根單芯電纜平面敷

9、設(shè)的三相平衡負(fù)載交流回路，電纜換位，護套開路，每相單 位長度電纜技術(shù)護套的電感為：LSB=2In(S1S2S3)1/3)1/3/rs) X 10-7(H/m)5. 電纜電抗、阻抗及電壓降 電抗電纜的電抗為：X=3 L( Q /m)式中：L電纜單位長度的電感，H/m;3 =2 n f。阻抗 電纜的阻抗為：Z=(R2+X2)1/2( Q /m)式中：/m。R電纜單位長度的交流有效電阻，Q電壓降電纜的電壓降為：U=IZl(V)式中：I 導(dǎo)體電流， A；l 電纜長度， m。6. 電纜的電感電纜的電容是電纜中的一個重要參數(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

10、，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二q/(2 n 0 ).1 n(Di/Dc)所以電纜單位長度的電容為：C=q/u=2 ns 0 /ln( Di/Dc)式中：Di 絕緣外徑， m；絕緣介質(zhì)相對介電常數(shù)，交聯(lián)聚乙烯=，聚乙烯 =，聚氯乙烯 =，F(xiàn)/m； 0真空絕對介電常數(shù)，0=x 10-12 , F/m；7. 計算實例一條電纜型號 YJLW02-64/110-1X630長度為2300m,導(dǎo)體外徑 Dc=30mm絕緣外徑Di=65mm電纜金屬護套的平均半徑rs=，線芯在20 C時導(dǎo)體電阻率p 20=

11、x 10-6常數(shù) 0=X 10-12F/m，絕緣介質(zhì)相對介電常數(shù)=,正常運行時載流量 420A計算該電纜的直流電阻，交流電阻、電感、阻抗、電壓降及電容。計算如下：1. 直流電阻根據(jù)直流電阻公式：得：R=X 10-6(1+(90-20)/(630X 10-6)=X 10-4 (Q /m)該電纜總電阻為 R=X 10-4 X 2300= (Q)2. 交流電阻由公式 YS二XS4/(192+, XS4=(8n f/R X 10-7kS) 2 得：XS4=(8XX 50/ X 10-4) X 10-14=YS=(192+X =由公式 XP4= (8n f/R X 10-7kP ) 2 得：XP4=(8

12、XX 50/ X 10-4) X 10-14=由公式 YP=XP4/(192+(Dc/S)2(Dc/S)2+XP4/(192+ 得：YP=(192+X (30/100)(30/100)+(192+ X +=有公式 R=R (1+ YS+YP)得:R=X 10-4(1+= X 10-4( Q /m)該電纜交流電阻 RZ=X 10-4 X 2300=( Q )3. 電感由公式 L=Li+2ln(2S/Dc) X 10-7 得到單位長度電感:L1=X 10-7+2ln(2 X 100/65) X 10-7=X 10-7(H/m)該電纜總電感為 L=X 10-7 X 2300=X 10-3H4. 金屬護套的電感由公式 LS=2ln(S/rs) X 10-7+2/3?ln2 X 10-7 得到單位長度金屬護套的電感:LS1=2ln(100/ X 10-7+2/3?ln2 X 10-7=X 10-7H/m該電纜金屬護套的電感為 LS=X 10-7H/mX 2300=X 10-3H5. 電抗、