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電壓，用U0/U 表示。U0電纜及附件設(shè)計的導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kV。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荷的

2、突然切斷而造成的電壓暫時的變化，單位為kV。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1175kV。2. 導體電阻2.1 導體直流電阻單位長度電纜的導直流電阻用下式計算:式中：R單位長度電纜導體在溫度下的直流電阻；A導體截面積，如導體右n 根相同直徑d 的導線扭合而成，A=n d2/4; 20導體在溫度為 20時的電阻率， 對于標準軟銅 20=0.017241 mm2/m：對于標準硬鋁： 20=0.02864 mm2/m；首頁 1234導體電阻的溫度系數(shù)（1/ ）；對于標準軟銅：=0.00393 -1 ；對于標準硬鋁： =0.0

3、0403 -1 ；k1 單根導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表3-2-2 ；k2 用多根導線絞合而成的線芯，使單根導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 因成纜絞合增長線芯長度所引入系數(shù)，對于多芯電纜及單芯分割導線結(jié)構(gòu)，（約 1.01 ）； k5 因考慮導線允許公差所引入系數(shù)，對于緊壓結(jié)構(gòu)， 約 1.01 ；對于非緊壓型，

4、k5=d/(d-e)2（d 為導體直徑， e 為公差）。20導體直流電阻詳見下表（點擊放大）：以上摘錄于 10(6)kV 500kV 電纜技術(shù)標準（Q GDW371-2009）。2.2 導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，/m；R最高工作溫度下直流電阻，/m；YS集膚效應(yīng)系數(shù)，YS=XS4/(192+0.8XS4) ，XS4=（8 f/R × 10-7kS ）2；YP鄰近效應(yīng)系數(shù)，YP=X

5、P4/(192+0.8XP4)(Dc/S)20.312(Dc/S)2+1.18/XP4/(192+0.8XP4)+0.27，XP4=（8 f/R × 10-7kP ）2。XS4集膚效應(yīng)中頻率與導體結(jié)構(gòu)影響作用；XP4鄰近效應(yīng)中導體相互間產(chǎn)生的交變磁場影響作用；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)，分割導體ks=0.435 ，其他導體ks=1.0 ；kp 線芯結(jié)構(gòu)系數(shù)，分割導體kp=0.37 ，其他導體kp=0.81.0 ；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+1.17(YS+YP)3. 電纜的電

6、感3.1 自感則單位長度線芯自感：Li=2W/(I2L)= 0/(8 )=0.5 ×10-7式中：Li 單位長度自感，H/m； 0真空磁導率，0=4× 10-7 ， H/m；以上一般是實心圓導體，多根單線規(guī)則扭絞導體如下表：因誤差不大，計算一般取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)× 10-7(H/m)對于 A相：LA=Li+2l

7、n(2S/Dc)× 10-7- (2ln2) × 10-7(H/m)對于 C相：LC=Li+2ln(2S/Dc)× 10-7- 2(2ln2) × 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) ×10-7(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=Li+2ln(2× (S1S2S3)1/3/Dc) × 10-7(H/m)=Li+2ln(2×21/3S/Dc) × 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

8、時，可以忽略兩電纜相互影響。3.3 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=Li+2ln(2S/Dc)× 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，m。4. 電纜金屬護套的電感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：Ls=2ln(S/rs)× 10-7(H/m)式中：rs 電纜金屬護套的平均半

9、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=2ln(S/rs)×10-7(H/m)對于 A相：LSA=2ln(S/rs)×10-7- (2ln2) × 10-7(H/m)對于 C相：LSC=2ln(S/rs)×10-7- 2(2ln2) ×10-7(H/m)式中：三相平均值：LS=2ln(S/rs)× 10-7+2/3ln2 ×10-7(H/m)4.3 任意直線排列三根單芯電纜平面敷設(shè)的三相平衡負載交流回路，電纜換位，護

10、套開路，每相單位長度電纜技術(shù)護套的電感為：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=L( /m)式中：L電纜單位長度的電感，H/m; =2f 。5.2 阻抗電纜的阻抗為：Z=（R2+X2）1/2( /m)式中：R電纜單位長度的交流有效電阻，/m。5.3 電壓降電纜的電壓降為： U=IZl(V)式中：I 導體電流， 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，電容電流可能達到電纜額定電流的數(shù)值，因此高壓電纜必須采取措施（一

11、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/(2 0 ).ln(Di/Dc)所以電纜單位長度的電容為：C=q/u=2 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=2.5 ，聚乙烯 =2.3 ，聚氯乙烯=8.0 ，F(xiàn)/m； 0真空絕對介電常數(shù)，0=8.86 ×10-12 ， F/m；7. 計算實例一條電纜型號YJLW02-64/110-1X630 長度為 2300m,導體外徑 Dc=30mm，絕緣外徑Di=65mm，電纜金屬護套的平均半徑rs=43.85 ，線芯在20°

12、 C 時導體電阻率20=0.017241 × 10-6 m，線芯電阻溫度系數(shù)=0.00393 -1 ，k1k2k3k4k5 1，電纜間距 100mm，真空介電常數(shù) 0=8.86 × 10-12F/m ，絕緣介質(zhì)相對介電常數(shù) =2.5, 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=0.017241 × 10-6(1+0.00393(90-20)/(630× 10-6)=0.3489 × 10-4 （ /m）該電纜總電阻為R=0.3489× 10-

13、4 ×2300=0.08025 （）2. 交流電阻由公式 YS=XS4/(192+0.8XS4) ， XS4=（ 8 f/R × 10-7kS ） 2 得：XS4=(8× 3.14 × 50/0.3489 × 10-4) × 10-14=12.96YS=12.96/(192+0.8 × 12.96)=0.064由公式 XP4=（ 8f/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

14、/(192+0.8XP4)(Dc/S)20.312(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( /m)該電纜交流電阻RZ=0.378× 10-4 ×2300=0.8699( )3. 電感由公式 L=Li+2ln(2S

15、/Dc)×10-7 得到單位長度電感：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=2.75 ×10-7 × 2300=0.632 × 10-3H4. 金屬護套的電感由公式 LS=2ln(S/rs)× 10-7+2/3ln2 × 10-7 得到單位長度金屬護套的電感：LS1=2ln(100/43.85)×10-7+2/3ln2 × 10-7=2.11 ×10-7H/m該電纜金屬護套的電感為LS=2.11 × 10-7H/m× 2300=0.4855 × 10-3H5. 電抗、阻抗及電壓降由公式 X= L 得到電抗：X=2 f × 0.632 ×10-3=0.199 由公式 Z=（ R2+X2） 1/2 得到阻抗