電力電纜主要電氣參數(shù)計(jì)算及計(jì)算實(shí)例

設(shè)計(jì)電壓電纜及附件的設(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UO/U表示。U0一一電纜及附件設(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一一電纜及附件設(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一一電纜及附件設(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一一電纜及附件設(shè)計(jì)所需承受的操作沖擊電壓的峰值，單位為kVo系統(tǒng)最高電壓Um一一是在正常運(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kVQ定額電壓參數(shù)見下表(點(diǎn)擊放大)電纜的額定電壓值kV系統(tǒng)中性點(diǎn)接地有效接地豐有效接地系統(tǒng)額定電壓1020356611022033050010203566U/U6/1012/2021/3538/6664/110127/220190/33029IV5008.7/1018/2026/3550/66q11.52342.57612625238055011.52342.576BIL7512520032555010501175155095170250450外護(hù)套沖擊電壓30202037.537.547.562.572.520202037.5以上摘錄于《城市電力電纜線路設(shè)計(jì)技術(shù)狙定》(DL/T5221-2005)第1.1.1條、《轂定電壓500kV(Uni=55(kV)交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜及其附件第2部分額定電壓500kV(Um=550kV)交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜》(GB22078.2-2008)及《交流500kV及以下紙或案丙端復(fù)合紙絕緣金屬套充油電纜及附件?(GB/T9326.1-2008)330kV操作沖擊電壓的峰值為950kV；500kV操作沖擊電壓的峰值為1175kV。導(dǎo)體電阻2.1導(dǎo)體直流電阻單位長度電纜的導(dǎo)直流電阻用卜.式計(jì)算:式中：Rr一一單位長度電纜導(dǎo)體在0°C溫度下的直流電阻：A一一導(dǎo)體截面枳，如導(dǎo)體右n根相同直徑d的導(dǎo)線扭合而成，A=nJrd%;P20——導(dǎo)體在溫度為20°C時(shí)的電阻率，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)軟銅P20=0.0172410-對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)硬鋁：P20=0.02864Q*mm，m；首頁1234a一一導(dǎo)體電阻的溫度系數(shù)（1TC）；對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)軟銅：=0.00393°C-l；對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)硬鋁：=0.004034C-1；kl一一單根導(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；k2一一用多根導(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(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—一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）:k4一一因成纜絞合增長線芯長度所引入系數(shù)，對(duì)于多芯電纜及單芯分割導(dǎo)線結(jié)構(gòu)，（約1.01）；］k5—一因考慮導(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°C導(dǎo)體直流電阻詳見下表（點(diǎn)擊放大）：導(dǎo)體的培構(gòu)和直流申降導(dǎo)該柄為澈街，0222號(hào)冰中星料歐少授效203：導(dǎo)體百流電寶梁大信」寫體標(biāo)器藪面’um*導(dǎo)懷中塑稅最少報(bào)數(shù)導(dǎo)障日流建保鐐火宵.00侶胡怡V661200.72750053530.06050.036C35660.S6S0.524溢53530.04690.02X350660.M103$7S0353530.03670.0221"01212044502681000no170002910"6951515ono01931260170170002470.01$112015180.2530.15314001701700.02120.012915015180.2060.12416001701700.01S60.C1131S530500.164。.妗9118002652650.01(550.010124C30540.1250.075420002652650.01490.CO90灑30340.1000.0S1220025i2650.0135O.GOS34DC53330.07780.04?025002652650.01270.0073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，這種情況卜.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一一最高工作溫度下交流有效電阻，Q/m；R'一一最高工作溫度下直流電阻，Q/m；YS——集膚效應(yīng)系數(shù)，YS=XS4/(192+0.8XS4),XS4=(8Jif/R'X10-7kS)2；YP——鄰近效應(yīng)系數(shù)，YP=XPV(192+0.8XP4)(Dc/S)2(0.312(Dc/S)2+l.l^[XP4/(192+0.8XP4)+0.27]},XP4=(8nf/R'X10-7kP)2oXS4——集膚效應(yīng)中頻率與導(dǎo)體結(jié)構(gòu)影響作用：XP4一一鄰近效應(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，m；S一一線芯中心軸間距離，m；ks一一線芯結(jié)構(gòu)常數(shù)，分割導(dǎo)體ks=0.435,其他導(dǎo)體ks=1.0：kp一一線芯結(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%,艮化R=RZ[1+1.17(YS+YP)]電纜的電感3.1自感則單位長度線芯自感:Li=2W/(l2L)=U0/(8n)=0.5X10-7式中：Li單位長度自感，H/m；U0——真空磁導(dǎo)率，U0=4nX10-7,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:單線根數(shù)Li(在工頻范圍內(nèi))30.7807_0.640190.555370.53061」0.51691或單根0.500因誤差不大，計(jì)算一般取Li=0.5X10-7H/mo3.2高壓及單芯敷設(shè)電纜電感對(duì)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(jì)算如下：對(duì)于中間B相：LB=Li+2ln(2S/Dc)X10-7(H/m)對(duì)于A相：LA=Li+2ln(2S/Dc)X10-7-a(2ln2)X10-7(H/m)對(duì)于c相：LC=Li+2ln(2S/Dc)X10-7-a2(2ln2)X10-7(H/m)式中：a=+2a2=(-1-/73)/2實(shí)際計(jì)算中，可近似按下式計(jì)算:LA=LB=LC=Li+2ln(2S/Dc)X10-7(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，艮fl：L=Li+2ln(2X(SlS2S3)WDc)X10-7(H/m)=Li+2ln(2X2V3S/Dc)X10-7(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)電磁場理論，三芯電纜工作電感為：L=Li+2ln(2S/Dc)X10-7式中：L單位長度電感，H/m；S一一電纜中心間的距離，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卜?式計(jì)算：式中：SDeSI、S2、S3——電纜各相中心之間的距離，mo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，每相單位長度電纜金屬護(hù)套的電感為：Ls=2ln(S/rs)X10-7(H/m)式中：rs一一電纜金屬護(hù)套的平均半徑，mo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，每相單位長度電纜金屬護(hù)套的電感為：對(duì)于中間B相：LSB=2ln(S/rs)X10-7(H/m)對(duì)于A相：LSA=2ln(S/rs)X10-7-a(2ln2)X10-7(H/m)對(duì)于C相：LSC=2ln(S/rs)X10-7-a2(2ln2)X10-7(H/m)式中：三相平均值：LS=2ln(S/rs)X10-7+Z/3ki2X10-7(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，電纜換位，護(hù)套開路，每相單位長度電纜技術(shù)護(hù)套的電感為：LSB=2ln(((SlS2S3)l/3)Vyrs)X10-7(H/m)電纜電抗、阻抗及電壓降5.1電抗電纜的電抗為：X=oL(Q/m)式中：L一一電纜單位長度的電感，H/m;3=231f。5.2阻抗電纜的阻抗為:Z=(R2+X2)1/2(Q/m)式中：R——電纜單位長度的交流有效電阻，Q/m。5.3電壓降電纜的電壓降為：△U=IZI(V)式中：I導(dǎo)體電流，A；I一一電纜長度，mo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/(2Ji￡0￡).ln(Di/Dc)所以電纜單位長度的電容為：C=q/u=2n￡0e/ln(Di/Dc)式中：Di——絕緣外徑，m；￡——絕緣介質(zhì)相對(duì)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/m：￡0——真空絕對(duì)介電常數(shù)，￡0=8.86X10-12,F/m；計(jì)算實(shí)例一條電纜型號(hào)YJLW02-6牝10-1X630長度為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P20=0.017241X10-6Q*m,線芯電阻溫度系數(shù)a=0.00393°C-l,klk2k3k4k5R1,電纜間距100mm,真空介電常數(shù)￡0=8.86X10-12F/m,絕緣介質(zhì)相對(duì)介電常數(shù)￡=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：直流電阻根據(jù)直流電阻公式：得：R'=0.017241X10-6(1+0.00393(90-20))/(630X10-6)=0.3489X10-4(Q/m)該電纜總電阻為R=0.3489X10-4X2300=0.08025(Q)交流電阻由公式Y(jié)S=XS%(192+0.8XS4),XS4=(8nf/RzX10-7kS)2得:XS4=(8X3.14X50/33489X10-4)X10-14=12.96YS=12.9&(192+0.8X12.96)=0.064由公式XP4=(8nf/R‘X10-7kP)2得：XP4=(8X3.14X50/0.3489X10-4)X10-14=12.96由公式Y(jié)P=XP^(192+O.8XP4)(Dc/S)2(O.312(Dc/S)2+1.18/[XPV(192+0.8XP4)+0.27])得：YP=12.9&(192+0.8X12.96)(30/100)((0.312(30/100)+1.1^(12.9^(192+0.8X12.96)+0.27)}=0.02有公式R=R'(1+YS+YP)得：R=0.3489X10-4(1+0.064+0.02)=0.378X10-4(Q/m)該電纜交流電阻RZ=0.378X10-4X2300=0.8699(Q).電感由公式L=Li+2ln(2S/Dc)X10-7得到單位長度電感：Ll=0.5X10-7+2ln(2X100/65)X10-7=2.75X10-7(H/m)該電纜總電感為L=2.75X10-7X2300=0.632X10-3H.金屬護(hù)套的電感由公式LS=2ln(S/rs)X10-7+^3H2X10-7得到單位長度金屬護(hù)套的電感:LSl=2ln(100/13.85)X10-7+2/3Fn2X10-7=2.11X10-7H/m該電纜金屬護(hù)套的電感為LS=2.11X10-