220kV大截面電纜結(jié)構(gòu)設(shè)計

220kV大截面電纜結(jié)構(gòu)設(shè)計

摘要隨著中國經(jīng)濟的快速發(fā)展，城市現(xiàn)代化水平的不斷提高，電力電纜作為城市電網(wǎng)中的重要設(shè)備，發(fā)展速度極快，平均年增長量達到百分之三十五。近幾十年來，電能需求量的不斷增長，遠離工業(yè)中心的大型水電站的開發(fā)，更需遠距離輸送電能，使輸電電壓水平迅速上升。交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜以其合理的工藝結(jié)構(gòu)，優(yōu)良的電氣性能和安全可靠的運行特點，近年來在國內(nèi)外獲得了迅猛的發(fā)展。尤其在高壓輸電領(lǐng)域更取得了巨大的發(fā)展。超高壓、大長度、大截面和高可靠性已成為當今電力電纜技術(shù)發(fā)展熱點。在這里介紹了高壓大截面電纜的用處，高壓大截面電纜的在國內(nèi)外的應(yīng)用，并舉出了實例，描述了高壓大截面電纜的發(fā)展前景。對220kV2500mm2的電纜進行了設(shè)計，2500mm2截面的電纜線芯采用的是分割導(dǎo)體，詳細的計算了電纜的絕緣厚度、緩沖帶、縱向阻水層、絕緣屏蔽、金屬護套和外護套的外徑厚度尺寸。并計算了電纜的電氣參數(shù)，其中有導(dǎo)電線芯直流電阻的計算，電纜交流電阻的計算，電纜絕緣電阻的計算，電纜電容的計算，電纜電感的計算，絕緣介質(zhì)損耗的計算，金屬護套損耗的計算，電纜各部分熱阻的計算，電纜連續(xù)允許載流量的計算以及電纜允許短路電流的計算。關(guān)鍵詞220kV；大截面；電纜；應(yīng)用；設(shè)計220kVlargecross-sectioncablestructuredesign

AbstractAlongwiththerapiddevelopmentofChina'seconomy,Citymodernizationlevelunceasingenhancement,powercableinthegridasacityofimportantequipments,thespeedofdevelopmentfast,averageannualgrowthreachedthirty-fivepercent.Inrecentdecades,thegrowingdemandforelectricity,awayfromthecenteroftheindustrydevelopmentoflargehydropowerstation,needmoretolong-distancetransmissionofelectricity,makethetransmissionvoltageleveluprapidly.Crosslinkedpolyethyleneinsulatedpowercableswithitsreasonabletechnicalstructure,excellentelectricalproperties,safeandreliableoperationcharacteristics,inrecentyearsathomeandabroadandthedevelopmentoftheobtainedrapidly.Especiallyinthehighvoltageelectricityfieldinmoremadegreatdevelopment.Highpressure,biglength,largecross-sectionandhighreliabilityhasbecomethepowercabletechnologydevelopmenthotspots.Hereintroducesthehighvoltagelargecross-sectioncableuseandthehighpressurelargecross-sectioncableintheapplicationofbothathomeandabroad,andtheexamples,describethehighpressurelargecross-sectioncabledevelopmentprospects.In220kV2500mm2cabletocarryonthedesign,2500wasthesectioncablecoreUSESisthesegmentationconductor,Keywords220kV;Largecross-section;cable；application；design目錄TOC\o"1-5"\h\z摘要IAbstractII第1章緒論11.1課題背景11.2大截面電纜在國內(nèi)外的應(yīng)用11.3設(shè)計內(nèi)容2第2章220kV2500mm2電纜結(jié)構(gòu)32.1分割導(dǎo)體的股塊構(gòu)成。42.1.12500mm2五芯分割導(dǎo)體結(jié)構(gòu)設(shè)計及制作52.1.2分割導(dǎo)體關(guān)鍵參數(shù)的選取和設(shè)定52.1.3填充系數(shù)的選取和成纜外徑的設(shè)定：52.1.4計算單個股塊的截面積S6A2.1.5單線直徑選取。62.2絕緣厚度的確定72.2.1按照沖擊場強計算絕緣厚度72.2.2按工頻場強計算絕緣厚度82.3緩沖帶和縱向阻水層結(jié)構(gòu)確定92.4絕緣屏蔽層102.5金屬護套的選擇102.5.1金屬護套的種類102.6金屬護套選用的一般原則112.7外護套選擇122.8基本參數(shù)12第3章220kV2500mm2電纜各參數(shù)的計算143.1導(dǎo)電線芯的直流電阻143.2電纜的交流電阻143.3電纜的絕緣電阻153.4電纜電容153.5電纜的電感163.6絕緣介質(zhì)損耗173.7金屬護套損耗173.8電纜各部分熱阻計算183.8.1絕緣熱阻T181TOC\o"1-5"\h\z3.8.2外護套的熱阻T1833.8.3土地中的熱阻T193.9電纜連續(xù)允許載流量的計算193.10電纜允許短路電流的計算193.11電纜電氣參數(shù)20結(jié)論21致謝22參考文獻23附錄24緒論課題背景隨著中國經(jīng)濟的快速發(fā)展，城市現(xiàn)代化水平的不斷提高，電力電纜作為城市電網(wǎng)中的重要設(shè)備，發(fā)展速度極快，平均年增長量達到百分之三十五。中國生產(chǎn)及運行的高壓電纜以交聯(lián)聚乙烯電纜為主，因為與充油電纜相比，交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜它的輔助設(shè)備少，安裝與維護方便以及在一定防護條件下火災(zāi)危險較少，所以交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜成為了大城市大容量電能傳輸進入城市負荷中心的地下輸電系統(tǒng)的首選產(chǎn)品［3］。發(fā)電廠把機械和熱等形式的能量轉(zhuǎn)換成電能，電能經(jīng)過變壓器和輸電線路輸送并分配給用戶，再通過各種用電設(shè)備轉(zhuǎn)換成適合用戶需要的各種形式的能量。這些生產(chǎn)、輸送、分配和消費電能的各種電器設(shè)備連接在一起組成的整體稱為電力系統(tǒng)。電力系統(tǒng)中輸送和分配電能的部分稱為電力網(wǎng)。它包括升降變壓器和各種電壓的輸電線路。為了降低發(fā)電成本和保證供電的可靠性，現(xiàn)代的電力系統(tǒng)都是將分散的電力系統(tǒng)并網(wǎng)聯(lián)成一個大的電力系統(tǒng)整體運行。在80年代初，世界各國幾乎90%的電廠容量集中的國家大力電力系統(tǒng)中，甚至建立巨大的國家間聯(lián)合電力系統(tǒng)。大系統(tǒng)的遠距離輸電必須使用較高的電壓。架空的交流輸電線路傳輸?shù)墓β蚀笾滤橄到y(tǒng)運行電壓的二次方成正比增加。近幾十年來，電能需求量的不斷增長，遠離工業(yè)中心的大型水電站的開發(fā)，更需遠距離輸送電能，使輸電電壓水平迅速上升。交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜以其合理的工藝結(jié)構(gòu)，優(yōu)良的電氣性能和安全可靠的運行特點，近年來在國內(nèi)外獲得了迅猛的發(fā)展。尤其在高壓輸電領(lǐng)域更取得了巨大的發(fā)展。敷設(shè)安裝方便運行維護簡單，沒有油的流淌問題，較之充油電纜有著巨大的優(yōu)越性⑻。大截面電纜在國內(nèi)外的應(yīng)用目前日本已開發(fā)750kV級交聯(lián)聚乙烯劇院電力電纜，俄羅斯220kV級交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜已穩(wěn)定運行10年左右。目前我國交流輸電系統(tǒng)額定電壓最高僅達500kV，而入國外如俄羅斯輸電電壓已達1150kV，并開始對1500-2500kV輸電建設(shè)的技術(shù)進行開發(fā)研究，美國在1985-1995年間就采用1000/1100kV高壓輸電。隨著城市供電量的增長，各電壓等級的主變?nèi)萘恳嘣诓粩嗵岣?，因此電纜的輸送容量亦需不斷提高。為了迎合日益增長的輸送容量的需求，中、低電壓等級最常用的方法就是使用雙拼電纜。從電纜成本角度來講，雙拼電纜約為單根大截面電纜的1.2倍。并且前者終端及接頭是后者的二倍。敷設(shè)及安裝費用也是后者的二倍。同時，由于雙拼電纜敷設(shè)占用的空間也是單根的二倍，相應(yīng)的土建費用也需增加。對運行維護來說復(fù)雜程度增加一倍，安全性相對降低。而雙線并聯(lián)的開關(guān)及變壓器比單套的開關(guān)及變壓器復(fù)雜系數(shù)增加，成本相應(yīng)增加。國外開發(fā)高電壓等級大截面電纜的主要原因正是由于采用雙拼電纜成本太高。在日本，為了對應(yīng)架空線的大容量化進行研究，開發(fā)了2500mm2?3000mm2的大截面電力電纜。1986年開始相繼使用66kV?275kV的大截面電纜。如向東京都中心城區(qū)輸電的275kV地下電纜采用的大截面電纜初期建成的輸送容量約為900MW,后期建成的設(shè)有冷卻系統(tǒng)的電纜其容量已能達到1360MW。面日本古河電纜公司在1981?1999年期間向日本供應(yīng)的2500mm2大截面電纜總長就有210.745km。上海作為全國最發(fā)達城市之一，大截面電纜的使用已提到議事日程上，220kV浦建站4回進線因受外部因素影響，均采用2500mm2大截面電纜，電纜單相長度1.2km。該項目電纜線路投運于2006年6月，是國內(nèi)首條2500mm2大截面電纜線路。目前上海地區(qū)500kV世博變電站和500kV虹楊變電站的500kV大截面電纜進線也正在設(shè)計階段⑷。設(shè)計內(nèi)容本文設(shè)計的是220kV截面2500mm2的電纜。對220kV截面2500mm2的電纜的結(jié)構(gòu)進行了設(shè)計，包括分割導(dǎo)體截面的計算，絕緣厚度的確定，緩沖帶阻水層結(jié)構(gòu)的確定，絕緣屏蔽層的確定,金屬護套的選擇，外護套的確定。并且計算了220kV截面2500mm2電纜的各種電氣參數(shù)。包括導(dǎo)電線芯的直流電阻，電纜的絕緣電阻，電纜的電容,電纜的電感，絕緣介質(zhì)損耗，金屬護套損耗，電纜各部分熱阻的計算，電纜允許載流量以及電纜允許短路電流的計算。DDc冒(2-4)220kV2500mm2電纜結(jié)構(gòu)電纜就是用以傳輸電磁能信息和實現(xiàn)電磁能轉(zhuǎn)換的線材產(chǎn)品。電力的傳輸，實則為電測能的傳播。電磁能流動傳播的矢量成為坡印亭矢量S,其和電場強度(S)及磁場強度(E)的關(guān)系為S二EXH它的切向分量S二ExH標志著有電磁能量沿導(dǎo)線傳輸。它的法線分量S二ExH標志tnnn著還有電磁能量由導(dǎo)線表面穿入到內(nèi)部化為熱能散失。由于導(dǎo)體傳輸電流的容量并不是隨著導(dǎo)體截面的增加而線性增加，這種現(xiàn)象是由于導(dǎo)體在傳輸交流電流的過程中“集膚效應(yīng)”(所謂集膚效應(yīng)又稱趨膚效應(yīng),當交變電流通過導(dǎo)體時,電流將集中在導(dǎo)體表面流過，這種現(xiàn)象叫集膚效應(yīng)。是電流或電壓以頻率較高的電子在導(dǎo)體中傳導(dǎo)時，會聚集于總導(dǎo)體表層,而非平均分布于整個導(dǎo)體的截面積中)和“鄰近效應(yīng)”造成的⑶。最高工作溫度下，單位長度導(dǎo)電線芯的交流電阻由下式計算R=R'(1+y+y)(2-1)sp式中R'為最高工作溫度下，導(dǎo)電線芯的單位長度直流電阻，單位為Q/m；ys為集膚效應(yīng)因數(shù)；y為臨近效應(yīng)因數(shù)。集膚效應(yīng)因數(shù)即由于集膚效應(yīng)使電阻增加的百分數(shù)，可由下式求得X4(2-2)R'為單位長度電纜TOC\o"1-5"\h\zy=(2-2)R'為單位長度電纜s192+0.8X4S式中X2二匹X10-7k其中f為電源頻率，工頻為50Hz；SR's導(dǎo)體閑心直流電阻，單位Q/m；k為分割道題取0.435外均取1。臨近效應(yīng)因s數(shù)y，即由于臨近效應(yīng)是電阻增加的百分數(shù)，可用下式表示PLX4192+X4192+0^8X4p0.312(De]+Is丿1.18X^p+0.27192+0.8X4(2-3)式中，X2二蟻X10-7k，其中R'、f與上面相同，k除分割道題取0.37外。pR'pp其他形式線芯取0.8-1；D為線芯外徑，對于扇形線芯電纜，等于截面積相c同的圓形芯的直徑，如A為線芯截面，則扇形等效園的直徑為s為線芯中心軸間距離，對于扇形多心電纜s二D+A,A危險新間絕緣層c厚度，其臨近效應(yīng)因數(shù)y為計算值乘2/3。隨著導(dǎo)體截面的增大，這種現(xiàn)象p會越來越顯著，因此110---220kV交聯(lián)聚乙烯絕緣高壓及超高壓電力電纜標準中，明確規(guī)定了截面在;800mm2以上的電纜導(dǎo)體必須采用分割導(dǎo)體，以減小“集膚效應(yīng)”和“鄰近效應(yīng)”引起電纜的導(dǎo)體電阻增加對傳輸能量的影響。一種大截面銅芯五分割導(dǎo)體，包括五個大小和截面形狀均相同的銅芯股塊，由該五個銅芯股塊按一定方向扭合成纜，所述的大截面銅芯五分割導(dǎo)體還包括設(shè)置在該銅芯股塊之間、將各股塊隔離開來的絕緣皺紋紙，以及包裹在該銅芯股塊外圍的半導(dǎo)電尼龍帶、包裹在最外層的無紡布保護層。本實用新型通過將大截面銅芯導(dǎo)線化整為零，將原來的銅芯截面均勻分割成五個相互隔離的股塊，從而將“集膚效應(yīng)”和“臨近效應(yīng)”的不利影響降到最低限度，大大提高了導(dǎo)線的傳輸容量。分割導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)設(shè)計分割導(dǎo)體是由分割股塊、隔離絕緣皺紋紙、扎帶、半導(dǎo)電尼龍帶、導(dǎo)體填充等部分組成，其中，每個股塊外要縱包隔離絕緣皺紋紙，股塊成纜后在分割導(dǎo)體外首先要用扎帶捆緊，再繞包半導(dǎo)電尼龍帶，最后纏繞無紡布保護層。另外，分割導(dǎo)體中心采用導(dǎo)體填充。分割導(dǎo)體實際截面積的計算。在GB/T1017-2002M1及GB/Z18890-2002[2]中規(guī)定了2500mm2的導(dǎo)體電阻值。由此可以推算出導(dǎo)體的最小截面積。分割導(dǎo)體的股塊構(gòu)成。目前實際生產(chǎn)中，分割導(dǎo)體一般有四芯、五芯、六芯分割等幾種類型。分割股塊的形狀有扇形、瓦愣形中間加圓形等形狀。分割導(dǎo)體中股塊越少,在生產(chǎn)時絞合、緊壓、成纜等工藝上比較容易實現(xiàn)，但從結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和耐彎曲性能及避免產(chǎn)生“集膚效應(yīng)”和“鄰近效應(yīng)”的作用上，多股塊分割導(dǎo)體更優(yōu)越一些，因此，采用五芯結(jié)構(gòu)。1）分割導(dǎo)體的直徑及單個股塊的截面積的計算。依據(jù)分割導(dǎo)體的實際截面積，計算在實芯狀態(tài)時分割導(dǎo)體的最小直徑。然后選擇適當?shù)奶畛湎禂?shù)，確定分割導(dǎo)體的直徑（應(yīng)考慮到分割導(dǎo)體的股塊成纜時的反彈）。根據(jù)所確定的扇形股塊的芯數(shù)，計算單個股塊的截面積。2）設(shè)計每個股塊的形狀，確定每個股塊的單線組成及排列。并依據(jù)所選擇的填充系數(shù)，計算出單絲直徑的大小。3）設(shè)計分割導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)尺寸及單個分割股塊的外形尺寸。4）分割導(dǎo)體的制造分割導(dǎo)體的制造主要分為股塊的絞制和股塊的成纜兩部分。在股塊絞制過程中，包括工藝參數(shù)設(shè)定，線盤裝載，分層穿線、排線，絞制，壓型,牽引、收線等部分。依據(jù)工藝規(guī)定，在絞合設(shè)備上設(shè)定好該產(chǎn)品的工藝參數(shù)，包括每層絞線的節(jié)距、絞向、預(yù)扭節(jié)距等。依據(jù)每個股塊的單絲結(jié)構(gòu)

及排列，進行分層穿線、排線。在絞合好線芯后，分層壓型時，仔細調(diào)整壓型模具，并測量所壓制的股塊尺寸，使之符合工藝要求；調(diào)整好壓型模之間的預(yù)扭角，測量所形成的預(yù)扭節(jié)距，是否符合工藝規(guī)定。成纜過程分為設(shè)備工藝參數(shù)設(shè)定，股塊線芯的放線，分線板的角度控制，并線模的安裝，股塊的成纜，絕緣皺紋紙的縱包，包帶的繞包，牽引，收線等部分。在成纜過程中，注意股塊的預(yù)扭節(jié)距和成纜節(jié)距之間的配合是否合適，不能有股塊翻身現(xiàn)象出現(xiàn)。在穿過成纜并線模時，細心調(diào)整并線模直徑大小,仔細測量成纜后分割導(dǎo)體的直徑，使之符合工藝規(guī)定。成纜后的分割導(dǎo)體,應(yīng)扎緊，不能松散，最外面還應(yīng)繞包防護層，防止半導(dǎo)電帶破損。2500mm2五芯分割導(dǎo)體結(jié)構(gòu)設(shè)計及制作計算2500mm2分割導(dǎo)體的實際截面積有關(guān)標準規(guī)定了2500mm2導(dǎo)體在20攝氏度時導(dǎo)體直流電阻應(yīng)不大于0.0073，同時規(guī)定了2500mm2導(dǎo)體結(jié)構(gòu)最少根數(shù)不小于265根，由此可計算出最少根數(shù)的分割導(dǎo)體實際截面積(2-5)kxkxkxp(2-5)S=—123—r式中，k為導(dǎo)體系數(shù)，取為1.02（與導(dǎo)電線芯組成的單線直徑、金屬種類有1關(guān)）；k為絞合系數(shù)，按本廠經(jīng)驗取為1.03（與導(dǎo)電線芯絞合方式有關(guān)，考2慮到導(dǎo)線在絞制及緊壓時單絲變細變硬所引起的電阻變化）k為成纜系數(shù),3按本廠經(jīng)驗取為1.01（與股塊線芯成纜狀況有關(guān)）；p為導(dǎo)體電阻率，P二0.017241Q?mm2/m;R為分割導(dǎo)體20攝氏度時的直流電阻，按標準的規(guī)定，2500mm2截面導(dǎo)體R=0.0073Q/km。將上述有關(guān)參數(shù)代入式（2-5）可得:ITRITR=2506.09mm22.1.2分割導(dǎo)體關(guān)鍵參數(shù)的選取和設(shè)定計算2506.09mm2截面在實芯時的分割導(dǎo)體直徑DAD=xS/兀=51.19mmA2.1.3填充系數(shù)的選取和成纜外徑的設(shè)定：根據(jù)文獻⑶可知，采用分層緊壓方法由圓單線構(gòu)成的扇形線芯填充系數(shù)耳可提高到88%--92%本設(shè)計采用五分割扇形股塊成纜構(gòu)成的分割導(dǎo)體，經(jīng)驗選取其填充系數(shù)耳=0.90，貝V：D=xS/(兀xq丿=4x2506.09/(兀x0.9丿=53.94mm考慮到絞合扇形股塊在成纜時的反彈，成纜后外徑設(shè)定為54mm2.1.4計算單個股塊的截面積SAAS=S/5=501.4mm2A2.1.5單線直徑選取。由于2500mm2導(dǎo)體不少于265根，因此五芯分割導(dǎo)體每個扇形股塊的最少根數(shù)為53根。設(shè)計扇形股塊單線排列，擬取常規(guī)絞合，即1+6+12+18+24結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定，每個股塊單線根數(shù)為61根。絞線中的單線經(jīng)緊壓后產(chǎn)生塑性和彈性變形，影響了緊壓絞線填充系數(shù)耳和單線延伸率九，一般均采用經(jīng)驗數(shù)據(jù)和公式，在工藝試驗基礎(chǔ)上，作適當?shù)卣{(diào)整，使之達到良好的工藝效果。單線直徑可由以下經(jīng)驗公式求得：d；'4xSx(1+九力(兀n)(2-6)AA式中，n為每個股塊單線根數(shù)(n=61)；九為單線延伸率。圖1展示了緊壓絞線填充系數(shù)與單線延伸率的關(guān)系。從圖1可知：圖1緊壓絞線填充系數(shù)耳與單線延伸率九的關(guān)系當耳取為0.90時，九=0.10，代入式(2-6)可得：d=,;4xSx(1+X)/(kn)=3.39mmA*A當耳取為0.91時，九=0.13，代入式(2-6)可得：d=\：'4xSx（1+九）/（兀n）=3.43mmAA綜合實際生產(chǎn)情況，選取3.39mm絕緣厚度的確定電纜絕緣層厚度的確定，是電力電纜設(shè)計的核心。電力電纜絕緣的質(zhì)量和絕緣水平，決定了電纜的使用壽命。設(shè)計絕緣厚度，應(yīng)承多方面進行分析。首先要分析電纜絕緣內(nèi)的電廠分布，一般以最大場強作為設(shè)計的依據(jù)。然后要考慮電力電纜在運行中所承受的各種電壓及絕緣材料擊穿的統(tǒng)計規(guī)律，還要考慮絕緣的機械強度和工藝性能等。綜合分析，對于低壓小截面電纜，如500kV以下的小截面橡塑絕緣和lOOOkV及以下的浸漬紙絕緣，其厚度往往由工藝規(guī)定的最小厚度決定。橡塑哦絕緣最小厚度規(guī)定為0.3mm，油紙絕緣層最少不低于5--10層等，防止可能出現(xiàn)穿透的空襲和導(dǎo)電點重合。最小厚度的確定也考慮從工藝實現(xiàn)的可能性。而對于低壓大截面電纜，其絕緣厚度主要根據(jù)機械性能確定。主要考慮電纜再生產(chǎn)和安裝時所受到的拉、壓、彎、扭、剪切等機械應(yīng)力。因為電纜工作電壓低，對于能滿足承受可能的接卸損傷的絕緣厚度，均能滿足電氣擊穿強度的要求。對于熱帶、寒帶、船用及礦用等特殊場合所用電纜，須承受很大的機械應(yīng)力。這類電纜的絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計，往往是根據(jù)制造和運行驚艷或機械試驗來選定其厚度，然后再進行電氣核算。只有工作電壓高至10kV以上時，絕緣的擊穿場強才逐漸成為決定絕緣層厚度的主要因素。電纜絕緣結(jié)構(gòu)在設(shè)計使用期限內(nèi)應(yīng)能安全承受各種形式的電壓。此時絕緣厚度的確定主要是根據(jù)電纜絕緣內(nèi)的最大場強等于其擊穿場強的原理來設(shè)計的。按照典型的平均場強分布，分別計算出工頻場強和沖擊場強下的絕緣厚度，然后取其較大值⑻。按照沖擊場強計算絕緣厚度電纜絕緣的擊穿強度，是電力電纜絕緣的主要電氣參數(shù)之一。它是決定絕緣厚度的主要依據(jù)。擊穿強度受材料組分、雜質(zhì)、幾何尺寸等諸多因素的影響和制約。所以，它是一個具有統(tǒng)計性的數(shù)值，應(yīng)按統(tǒng)計理論對其進行分析和確定。目前，世界上較為科學(xué)和準確的是按威伯爾分布函數(shù)對擊穿強度進行試驗和確定。BILxKxKxKt二123(2-7)impEL式中BIL—基本沖擊絕緣水平。按GB9326的規(guī)定取1050kVK—溫度系數(shù)取1.251K—老化系數(shù)取1.102K—裕度系數(shù)取1.103

t二10501旦x110t二10501旦x110x110二22.68mmimp70按工頻場強計算絕緣厚度(2-8)C/朽)xKtxKtxKt(2-8)TOC\o"1-5"\h\zt—123ncEi式中K式中K-1一溫度系數(shù)取1.101K-t一老化系數(shù)取4.02K-t一裕度系數(shù)取1.103Ei—交聯(lián)聚乙烯絕緣最小工頻擊穿強度，取25kV/mmac^220/t==24.59mmac25根據(jù)以上結(jié)果，取最大值并對其取整，故取t=25.0mm.多芯電纜的絕緣電阻對于扇形芯電纜R二上lGF式中，F(xiàn)為扇形校正因數(shù)，亦可從圖中查得i2兀n1電纜在交流下的電阻為工作電阻（交流泄露電阻）?UUUU2————IIt6U①Ct6U2?Ct8①即等于絕緣層承受的電壓的二次方與介質(zhì)損耗之比。要比直流電阻值小。電纜常用絕緣材料在20。c下的絕緣電阻率概值如表所示表1電纜常用絕緣材料在20oc的絕緣電阻率材料名稱絕緣電阻率/Q?m20oc浸漬紙絕緣1013一1015橡皮1011一1013聚氯乙烯1011一1012聚乙烯1014一1015父聯(lián)聚乙烯1014一1015220kV高壓電力電纜的絕緣材對比可以體現(xiàn)出它的優(yōu)點。1橡皮絕緣「料一般使用交聯(lián)聚乙烯，通過和其彳普通的合成橡膠有丁苯橡膠，丁基橡膠，氯丁橡膠和氯磺化聚乙烯等。但其分子結(jié)構(gòu)中含有雙鍵，故耐臭氧差，在電暈作用下會發(fā)生開裂，擊穿場強較低，所以不能用于高的電壓等級，只能用于低壓配電系統(tǒng)和經(jīng)常移動的場合。2聚氯乙烯絕緣聚氯乙烯塑料是以聚氯乙烯樹脂為基礎(chǔ)，配以增塑劑，穩(wěn)定劑，防老劑等多組份的混合材料。它具有一定的優(yōu)點：加工簡單，生產(chǎn)率高，成本低，耐油，耐腐蝕，化學(xué)穩(wěn)定性好。但由于它是極性材料，介質(zhì)損耗大，耐熱性低(最高允許工作溫度為70°C)；耐電強度低，燃燒時產(chǎn)生HCL有毒氣體，所以限制了它的使用和發(fā)展。3聚乙烯樹脂聚乙烯的介電系數(shù)和介質(zhì)損耗因數(shù)較低，并且它是非極性材料，電氣性能良好。但是它的耐熱性低，力學(xué)性能較差，在環(huán)境應(yīng)力作用下易形成開裂。因為它的分子結(jié)構(gòu)是結(jié)晶相和屋頂形相兩相并存，在生產(chǎn)和運行中由于溫度和應(yīng)力的變化容易在界面上產(chǎn)生氣隙而引發(fā)樹枝化放電。目前在我國聚乙烯塑料僅用來做電纜的護套使用。4交聯(lián)聚乙烯為了克服聚乙烯的缺點，主要采用交聯(lián)的方法使聚乙烯的線型分子結(jié)構(gòu)變成三維空間的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，即通過物理方法或者化學(xué)方法將聚乙烯進行交聯(lián)，可以極大的提高其擊穿強度和耐熱性能，而保持了聚乙烯原有的優(yōu)點。物理方法主要是利用高能射線將C-H鍵斷開使聚乙烯生產(chǎn)游離基，游離基相互結(jié)合形成C-C鍵而形成交聯(lián)聚乙烯?；瘜W(xué)方法是通過交聯(lián)劑(如過氧化二異丙苯DCP)奪取分子中的氫原子使之游離基進而進行交聯(lián)。其交聯(lián)生產(chǎn)方式主要是通過惰性氣體保護，電加熱和惰性氣體保護冷卻，即所謂“全干式”交聯(lián)，最大限度的在生產(chǎn)過程中防止水分進入絕緣以免生成水樹枝。緩沖帶和縱向阻水層結(jié)構(gòu)確定在絕緣半導(dǎo)電屏蔽層外應(yīng)有緩沖層，可采用半導(dǎo)電彈性材料或具有縱向阻水功能的半導(dǎo)電阻水膨脹帶繞包而成。對電纜的金屬套內(nèi)間隙有縱向阻水要求時，絕緣屏蔽與金屬套間應(yīng)有縱向阻水結(jié)構(gòu)?？v向阻水結(jié)構(gòu)應(yīng)由半導(dǎo)電阻水膨脹帶繞包而成，半導(dǎo)電阻水帶應(yīng)繞包緊密、平整、無擦傷。如對電纜導(dǎo)體亦有縱向阻水要求時，導(dǎo)體絞合時應(yīng)絞入阻水繩等材料。繞包要求平整、緊實、無皺褶。此前，經(jīng)對220kV交聯(lián)電纜試制驗證，鋁套電纜用兩層0.6mm厚的半導(dǎo)電阻水帶作為縱向阻水層，其阻水效果良好，完全能達到縱向阻水的規(guī)定。根據(jù)交聯(lián)電纜熱膨脹量計量，交聯(lián)料的線脹率耳為：耳=(1+pT)2/3—1(2-9)絕緣徑向膨脹量At為:At二rAt二r2+R2-Rr(pt-n)11+n1/2-R2(2-10)式中P—交聯(lián)料的體膨脹系數(shù)，p=lx10-3C-1T—交聯(lián)聚乙烯絕緣的平均溫升，取T二50CAt一絕緣徑向膨脹量，R一導(dǎo)體半徑，取R二25.595mm11R一絕緣屏蔽半徑，取R二98mm22由此，將各個參數(shù)帶入式(2-9)(2-10)中得n二0.033At=0.748試驗證明，兩層0.6mm厚的半導(dǎo)電阻水帶在一定壓力作用下厚度可壓縮0.4mm，加之鉛套與阻水帶之間有一定的問隙，在電纜受熱膨脹過程中能起到較好的緩沖作用。所以我們采用兩層0.6mm厚的半導(dǎo)電阻水帶作為鉛套電纜的縱向阻水層，同時也作為緩沖層。絕緣屏蔽層絕緣屏蔽為擠包半導(dǎo)電層，其厚度為1.0mm，絕緣屏蔽應(yīng)與導(dǎo)體擠包屏蔽層和絕緣層一起三層共擠。絕緣屏蔽應(yīng)均勻地包覆在絕緣表面，并牢固的粘附在絕緣層上。在絕緣屏蔽的表面以及與絕緣層的交界面上應(yīng)光滑,無尖角，顆粒，燒焦或者擦傷的痕跡。絕緣屏蔽層的作用主要是靜電屏蔽。電纜敷設(shè)時通過絕緣屏蔽層接地使其電位為零。在單芯或者分相屏蔽電纜絕緣內(nèi)的電場徑向分布，消除了切向分量。可防止絕緣表面產(chǎn)生滑閃放電。絕緣屏蔽層也可以作為部分短路電流的回路金屬護套的選擇金屬護套的種類金屬護套應(yīng)具有3大性能:1)防水。防止XLPE絕緣接觸到水分產(chǎn)生水樹效應(yīng)，使電纜主絕緣水平下降,即作為電纜的徑向阻水層。2)承受短路電流熱穩(wěn)定性能好。應(yīng)能滿足電力系統(tǒng)要求的最大短路電流和短路持續(xù)時間的要求。3)對絕緣線芯起保護作用。避免外力對絕緣線芯的損傷。金屬護套按生產(chǎn)工藝可分為3大類:無縫金屬護套、縱向焊縫金屬護套和綜合護套等。采用的材料有鉛、鋁、銅和不銹鋼等。目前國內(nèi)最常用的金屬護套有:無縫鉛護套、無縫波紋鋁護套、焊縫波紋鋁護套、鋁塑綜合護套等4種。1無縫鉛護套1)優(yōu)點鉛護套內(nèi)壁無需設(shè)計間隙，內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊密，因而縱向防水性能比任何一種波紋金屬護套電纜都好。鉛的化學(xué)穩(wěn)定性及耐腐性好。鉛護套XLPE絕緣電力電纜的敷設(shè)比鋁護套XLPE絕緣電力電纜柔軟，鉛護套XLP）電纜在接頭作業(yè)中可直接搪鉛比較方便。2）缺點:20°C時，鉛電阻率約為鋁電阻率的7.5倍，鉛的比重是鋁的4.2倍,要滿足相同條件下的短路熱穩(wěn)定要求，鉛護套的截面必須比鋁護套的大得多。同規(guī)格的高壓鉛護套電纜比鋁護套電纜重得多，一般來說要重60%至90%。鉛護套的成本要比鋁護套大的多。鉛護套的機械性能不高，這與其結(jié)晶的結(jié)構(gòu)有關(guān)。此外，鉛護套的耐振性能不高，電纜的鉛護套可能在機械振動的作用下?lián)p壞。為了改善鉛護套的機械強度和抗振性能，現(xiàn)在一般采用鉛合金來做電纜的鉛護套，我國目前基本上都采用鉛銻銅合金（含0.4%?0.8%的銻和0.02%?0.06%的銅）做為鉛護套的材料，也可采用性能與此相同或更好的其它鉛合金。2無縫波紋鋁護套1）優(yōu)點:波紋鋁護套XLPE電力電纜最大的優(yōu)點是重量輕和短路熱穩(wěn)定容量大。在短路電流持續(xù)時間稍長的系統(tǒng)中，一般標準厚度鋁護套即能滿足要求,如計算中熱穩(wěn)定條件不滿足時可將鋁護套稍加厚即能滿足技術(shù)要求，無需采用增加銅絲屏蔽的措施,比鉛護套簡單。用連續(xù)壓鋁機擠包的鋁護套機械性能與密封性都很好，是良好的電纜徑向防水層。鋁護套電纜重量比鉛護套電纜輕得多，在敷設(shè)中比鉛護套電纜省力，頗受敷設(shè)工人的歡迎。2）缺點:鋁是化學(xué)性能很活潑的金屬，若在運行中遇到外力損傷了外護層，鋁護套很快會被腐蝕穿孔而造成進水。鋁護套電纜在安裝中柔軟性不如鉛護套。在敷設(shè)過程中電纜經(jīng)過彎曲處理后鋁護套電纜不易自行變直，在轉(zhuǎn)彎處不如鉛護套電纜順暢。在安裝各類附件中鋁護套上不能直接搪鉛,搪底鉛操作對工人的工藝水平要求較高,稍有不慎會造成電纜進水。3焊縫波紋鋁護套1）優(yōu)點:焊縫鋁護套由鋁板卷包后用氬弧焊機焊成形，焊縫鋁護套XLPE電力電纜的生產(chǎn)成本低是它最大的特點。另外，焊縫鋁護套是一種有效的徑向防水層，但其內(nèi)在質(zhì)量及成本與無縫鋁護套不能等同。2）缺點:鋁的熔融加工溫度約700?750C,在焊接過程中，由于電弧溫度極高，導(dǎo)致鋁的金屬結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，使鋁護套的機械性能在圓周上不均勻，在敷設(shè)牽引中受力后會產(chǎn)生集中變形。敷設(shè)前分段計算張力及側(cè)壓力并采用適當措施，是選用此種電纜必不可少的一項工作。4鋁塑綜合護套1）優(yōu)點:鋁塑綜合護套XLPE電力電纜具有重量輕、尺寸小和造價低的特點,其護套內(nèi)的鋁箔是有效的阻水層。2）缺點:只能在短路容量不大的系統(tǒng)中使用.金屬護套選用的一般原則海底電力電纜必須選用鉛護套。另外，在地下水水位高，且地下水腐蝕性較強的地區(qū),要著重考慮電纜的防水及耐腐性能，一般應(yīng)優(yōu)先選用鉛護套。除上述情況外均可選用價格相對較低的波紋鋁護套。對高壓XLPE絕緣電力電纜而言，無縫鋁護套比有焊縫鋁護套好，連續(xù)擠壓的比非連續(xù)擠壓的好，圓環(huán)形波紋比螺旋形波紋好。無縫鋁護套能抵御高強度沖擊力，在高溫下不會再結(jié)晶，受振動影響小，特別適合于在鐵路和繁忙的高速公路附近使用；圓環(huán)形波紋能有效防止水分沿電纜縱向的滲透。鋁護套良好的機械性能,使其比較適用于要求能承受一定機械力的場所，當電纜敷設(shè)于電纜隧道、電纜夾層以及排管線路等外力破壞機率小的場所，且系統(tǒng)短路容量較小時，可選用鋁塑綜合護套。因鋁塑綜合護套電纜重量較其它護套電纜輕很多，在水電站等高落差的工程中可發(fā)揮特別作用。根據(jù)上述的原則我們選用鉛護套。同時根據(jù)標準GBZ18890.2-2002[2]中的下表2選擇錢護套的厚度為3.4mm。表2金屬套的標稱厚度[2]導(dǎo)體標稱截面/mm2鉛套厚度/mm皺紋鋁護套厚度/mm4002.72.45002.72.46302.82.48002.82.410002.82.612002.92.614003.02.616003.12.618003.12.820003.22.822003.32.825003.42.8外護套選擇金屬套的外護套應(yīng)采用絕緣型的聚氯乙烯或聚乙烯護套。金屬套表面應(yīng)有電纜瀝青（或熱熔膠）防腐涂層。防腐涂層與外護套間允許加繞塑料帶或相當帶材。鉛套上允許繞包自粘性橡膠帶代替防腐涂層。外護套的性能應(yīng)符合GB/Z18890.1—2002[2]中要求。外護套的顏色一般為黑色，但為了適應(yīng)電纜的某種特殊使用條件，經(jīng)供需雙方協(xié)商也可采用其他顏色。外護套的標稱厚度為5.0mm。最小厚度為4.2mm。對于鉛套外護套，厚度測量值的平均值（以mm為單位）修約至一位小數(shù)后，不應(yīng)小于標稱厚度；對皺紋鋁套外護套則無此要求。在外護套表面應(yīng)有均勻牢固的導(dǎo)電層作為外護套耐壓試驗的外電極?；緟?shù)表3電纜的基本參數(shù)名稱導(dǎo)體/半導(dǎo)電半導(dǎo)電J絕緣層絕緣屏金屬套外護套

mm包帶/mm層/mm/mm蔽層/mm/mm/mm厚度0.51.52513.45外徑51.1951.6954.69104.69106.69113.49123.49220kV2500mm2電纜各參數(shù)的計算導(dǎo)電線芯的直流電阻最高工作溫度下，單位長度導(dǎo)電線芯的直流電阻由下式計算R=人1+a@-20)]kkkkk(3-1)A12345式中A為線芯截面積，為2506.09mm2；p為線芯材料在溫度為20°C時的電20阻率，對于標準銅：其為0.017241x10-6Qm；?為20C時每度溫度系數(shù)常數(shù)，對于銅導(dǎo)體為0.00393；9為最高工作溫度，查國標可知為90；k1為單根導(dǎo)線加工過程中引起金屬電阻率增加所引入到的系數(shù)，它與導(dǎo)線的直徑大小，金屬種類，表面是否有涂層有關(guān)，線徑越小，系數(shù)越大，一般可取1.02—1.07，這里取1.05；k為由于多根導(dǎo)線絞合使單線長度增加所引入的系數(shù)，對于250mm2以上的截面取1.03；k為因緊壓過程使導(dǎo)線發(fā)硬，引3起電阻率增加所引入的系數(shù)，一般取1.01；匚為因成纜絞合，使線芯長度4增加所引入的系數(shù)，一般取1.01；k為因考慮導(dǎo)線允許公差所引入的系數(shù)，5對緊壓結(jié)構(gòu)一般取1.01。將數(shù)據(jù)代入上式(3-1)可得R=0.97x10-5Q/m電纜的交流電阻最高工作溫度下，單位長度導(dǎo)電線芯的交流電阻由下式(2-1)計算

R=R1+y+y)sp式中R為最高工作溫度下，導(dǎo)電線芯的單位長度的直流電阻，為0.97x10-5Q/m；y為集膚效應(yīng)因數(shù)，即由于集膚效應(yīng)使電阻增加的百分數(shù),s可由下式(2-2)求得X4y=—s192+0.8X4s式中，X2=匹X10-7k，其中f為電源頻率，工頻為50H；R為單位長sRsZ度電纜導(dǎo)體線芯的直流電阻，R=0.97x10-5Q/m；k為除了分割導(dǎo)體取0.435s外均取1。算得X2=5.63Sy=0.14sy為鄰近效應(yīng)因數(shù)，即由于鄰近效應(yīng)使電阻增加的百分數(shù)，可以用下式(2-3)計算：

(D\2c192+(D\2c192+0.8X41sp0.312+X4p+0.27192+0.8X4p式中，X2二泣x10-7k，其中，f為電源頻率，工頻為50；R為單位長度pRp電纜導(dǎo)體線芯的直流電阻，其值為0.97x10-5。/m；k除了分割導(dǎo)體取0.37p外，其他形式的線芯取0.8—1,這里取1；D為線芯外徑，為51.19mm；sc為線芯中心軸間距離，因為電纜外徑為123.49mm，取s為200mm；所以算得：X2=4.79p

y=0.022

pR=R(l+y+y)=1.13x10-5Q/msp電纜的絕緣電阻絕緣電阻的確切含義，是指絕緣在用直流電壓度量時，在電導(dǎo)電流下的電阻值。在計算時，是由絕緣材料的電阻率和電纜的結(jié)構(gòu)尺寸所確定。對于單芯電纜可以用下式計算：PR==Gi2兀(3-2)式中P為電纜絕緣的電阻率，對于交聯(lián)聚乙烯其值為1014-1015Qm，這里i取1015Qm；G為電纜的幾何因數(shù)，可以在《電力電纜設(shè)計原理》⑻書中的32頁圖3—2中查找。圖表的橫坐標是A.kd，A1為內(nèi)外半導(dǎo)電屏蔽層間的絕緣厚度，為25mm，D為電纜內(nèi)半導(dǎo)電屏蔽外徑54.69mm，為，所以c橫坐標為0.45，查表可知G=0.65。解得R=1.03x1014Q/mi電纜電容電纜本身便是一個標準的圓柱形電容器。導(dǎo)電線芯和接地的金屬屏蔽層(或金屬護套)構(gòu)成了電容器的兩個極。電容電流將會限制電纜的傳輸容量和長度。通過電容的測量也可以檢查電纜的質(zhì)量和工藝。所以電容意識電纜較重要的一個電氣參數(shù)。單芯電纜電容的計算可忽略邊緣效應(yīng)。介

質(zhì)中人一點的電場均沿半徑方向分布。類似絕緣電阻的計算方法，在絕緣中距電纜中心X處取以單位長度的小圓柱體。據(jù)高斯定理，穿出均勻介質(zhì)中任意閉合面的電場強度矢量的通量，恒等于閉合面內(nèi)所包圍的電荷的代數(shù)和與介電常數(shù)￡之比，而與閉合面的形狀大小，電荷分布無關(guān)。因?qū)ΨQ關(guān)系,各處的電場都是沿著與導(dǎo)線相垂直的方向，這樣圓柱體側(cè)面上的電場方向處處都與側(cè)面積的外法線方向一致，在數(shù)值上均相等。而圓柱上下底面積上的電場方向則與外法線方向垂直。因此，在積分過程中，只計算圓柱側(cè)面積上的電場通量即可。557sC二x10-12F/m（3-3）G丿與絕緣電阻一樣，G和F值均可從圖3-2中的相應(yīng)曲線查得。常用絕緣材料（相對）介電常數(shù)和tg6如表4表4常用絕緣材料的相對介電常數(shù)和tg6[8]材料名稱￡tg6粘性浸漬紙絕緣4.00.01充油電纜絕緣3.3---3.70.004----0.0045橡皮絕緣（乙丙、丁基）3.0----4.50.04——0.05聚氯乙烯絕緣8.00.1聚乙烯絕緣2.30.001交聯(lián)聚乙烯絕緣2.50.008求得C=2.14x10-ioF/m電纜的電感(3-4)在工頻下，電磁場為緩變場?？蓛H考慮由于磁場的變動而引起的感應(yīng)電壓，而感應(yīng)電壓反過來對磁場的影響可不必考慮，且磁場按恒定磁場計算。電力電纜在實際工程中，尤其高壓輸電線路均為三相水平直線敷設(shè)和三相等邊三角形敷設(shè)。均可近似地使用單相回路電感計算公式，即r2s}(3-4)L=L=L=L+2In——x10-7H/mD丿cx10-7x10-7H/m(3-5)TL+L+LT小L=123=L+23i若s二s二s;s二2s時上式為123ssL=L+2InxlO—H/m(3-6)i〔D丿式中s為電纜中心間距離，取其值為200mm；D為電纜內(nèi)屏蔽的外徑CD二54.69mm,其值為。解得：CL=4.94x10-7H/m絕緣介質(zhì)損耗介質(zhì)在電壓作用下有能量損耗。一種是由電導(dǎo)引起的損耗，另一種是由極化引起的損耗。如：極性介質(zhì)中的偶極子轉(zhuǎn)向極化，夾層介質(zhì)界面極化等。電介質(zhì)的能量損耗簡稱介質(zhì)損耗。在實際工程中以功率來用下式來計算：W=U2?Ctg§(3-7)i0式中，U為電纜絕緣承受的相電壓，其值為127kV；3為電源角頻率，其0值為314；tg5為絕緣材料的損耗因數(shù)，查《電力電纜設(shè)計原理》［8書中第三十四頁的表3-3可知其值為0.008；C為單位長度電纜的每相電C為單位長度電纜的每相電容，前面已經(jīng)算出C=2.14x10-10F/m。解得：W=8.67x10-6W/mi金屬護套損耗線芯回路產(chǎn)生的磁通，也和金屬護套相鏈，必然在金屬護套上產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，也就會產(chǎn)生電磁損耗。在實際工程中，一方面為了減少感應(yīng)電動勢，另一方面，保護系統(tǒng)需用護套做為接地電流的通路，所以大多數(shù)情況下，金屬護套兩端都是接地的，則必然會殘生環(huán)流損耗。又由于金屬護套各點的感應(yīng)電動勢不同，形成電位差，又會造成渦流損耗，所以金屬護套損耗應(yīng)為二者之和。但實際上渦流損耗是非常小的，所以工程上只計算環(huán)流損耗。可用下式計算：12X2W=12R=sR(3-8)sssR2+X2sss實際工程中，常以線芯損耗作為基值的百分比表示，即損耗因數(shù)WRX2X=s=WRX2X=s=ss1WRR2+X2C=2wlnssx10-7Q/m(3-9)(3-10)式中R為導(dǎo)體線芯的交流電阻，其值為1.13x10-5Q/m；R為金屬護套的電s阻，可用下式計算：(3-11)R=匕(3-11)sS1式中p為金屬護套鉛的電阻率，其值為0.2063Qm；S為金屬護套的有效s1截面積，可用下式計算：(3-12)S=-(3-12)14式中D為電纜金屬護套的外徑,其值為113.49mm；d為絕緣屏蔽層的外徑,s其值為106.69mm。解得：S二1175.32mm21R=0.18x10-3Q/ms九=0.261電纜各部分熱阻計算絕緣熱阻T1單芯電纜絕緣層熱阻可用下式計算：(3-13)T二G(3-13)12兀式中P為絕緣層熱阻系數(shù)，由教材表6-3知p的值為3.5(KM/W)；G為T1T1電纜幾何因數(shù)，查表得其值為0.65。解得：T二0.36TQ1外護套的熱阻T3外護套的熱阻計算公式為:(3-14)T=-PT3InDe(3-14)32兀Da式中D為電纜外護套的外徑，其值為123.49mm；D為電纜外護套的內(nèi)徑,ea其值為113.49mm；p為聚乙烯熱阻系數(shù)，查教材可知其值為3.50KMW-1。T3解得T二0.046TQ344土地中的熱阻TT=^P4ln4L(3-15)42兀De式中D為電纜外徑，其值為123.49mm；l為敷設(shè)深度，若無特殊要求，一e般地下敷設(shè)可取標準深度為1000mm；查國標可知，土地的熱阻系數(shù)為1。解得：T=0.55TQ4電纜連續(xù)允許載流量的計算電纜導(dǎo)體上所通過的電流叫做電纜的載流量，有時候也叫做電纜的負載或者負荷。電纜連續(xù)允許載流量是指電纜的負載為連續(xù)恒定電流時的最大允許量。在實際工程中，一方面是已知電纜的結(jié)構(gòu)及敷設(shè)情況，求允許的載流量；另一方面，也可能已知需要幻術(shù)的負載，求電纜導(dǎo)體的截面。給出的負載往往是功率形式，我采用的是比較平常的計算方法。由上可知:絕緣熱阻T為0.36；內(nèi)襯層熱阻T為0；外護套的熱阻T為0.046；土地中TOC\o"1-5"\h\z123的熱阻T為0.55；金屬護套的損耗因數(shù)九為0.26；電纜導(dǎo)體最高允許的工41作溫度9為90°C；周圍媒介的溫度，即土地的溫度)為30°C；電纜導(dǎo)體的c0（9-9）-Wc0i所以（9-9）-Wc0i所以（3-16）R「T+（1+九）T+（1+九+九）（T+T）「1-1121234」=1791.25A電纜允許短路電流的計算輸電線路發(fā)生短路故障時，短路電流可以達到額定值的幾十倍或者上百倍。短路電流使線路的保護裝置迅速動作，在幾秒或者更短的時間內(nèi)使線路切斷。強大的短路電流在電纜導(dǎo)體通過時將產(chǎn)生很大的熱量，使導(dǎo)體的溫度很快升高。但是電纜的溫度不應(yīng)該超過短路時允許的最高工作溫度。由查國標可知最大短路時間t=5s,XLPE絕緣電纜正常運行下最高溫度為90C,短路時的最高溫度250C。在計算時，由于短路時間很短，所以可以認為線芯損耗所產(chǎn)生的熱流全部消耗于線芯導(dǎo)體溫度的升高，向絕緣層散發(fā)的熱量忽略不計。則有Wdt=Qd9式中w為短路電流單位時間產(chǎn)生的線Tc芯損耗；Q為單位長度線芯的熱容。所以計算公式為：Tc(3-17):￡ln1十學(xué)_20：(3-17)sc1R(XT1+a@~-20)sc20a式中R為導(dǎo)體的交流電阻，前面已經(jīng)算過，其值為1.13x10-5Q/m；T為短20路時間，查國標可以知道其值為5s；x為導(dǎo)體銅的溫度系數(shù)，其值為0.00393；9為線芯在短路期間的溫度，可以取其為最高允許短路溫度，查國標其值為250°C；9為電纜正常運行下的最高溫度，為90°C；Q為線芯ATc的熱容，查教材可知其值為3.5x106j/m2C。所以可以解得：I=2.51X106ASC電纜電氣參數(shù)表4電纜基本電氣參數(shù)直流電阻0.97x10-5Q/m交流電阻1.13x10-5Q/m絕緣電阻1.03x1014Q/m電纜電容2.14x1010F/m電纜電感4.94x10-7H/m絕緣介質(zhì)損耗8.67x10-6W/m金屬護套損耗0.26絕緣熱阻0.36TQ外護套的熱阻0.046TQ土地中的熱阻0.55TQ電纜連續(xù)允許載流量1791.25A電纜允許短路電流2.51x106A結(jié)論本文所設(shè)計的電纜為220kV2500mm2220kV2500mm2名稱導(dǎo)體/mm半導(dǎo)電包帶/mm半導(dǎo)電層/mm絕緣層/mm絕緣屏蔽層/mm金屬套/mm外護套/mm厚度0.51.52513.45外徑51.1951.6954.69104.69106.69113.49123.49直流電阻0.97x10-5Q/m交流電阻1.13x10-5Q/m絕緣電阻1.03x1014Q/m電纜電容2.14x1010F/m電纜電感4.94x10-7H/m絕緣介質(zhì)損耗8.67x10-6W/m金屬護套損耗0.26絕緣熱阻0.36TQ外護套的熱阻0.046TQ土地中的熱阻0.55TQ電纜連續(xù)允許載流量1791.25A電纜允許短路電流2.51X106A電纜線芯以銅為材料，由于截面積較大，采用五芯分割導(dǎo)體形式，絕緣層使用的是交聯(lián)聚乙烯，采用兩層0.6mm厚的半導(dǎo)電阻水帶作為鉛套電纜的縱向阻水層，同時也作為緩沖層。金屬套采用鉛護套。外護套選擇聚氯乙烯為材料。符合國家標準。致謝光匆匆如流水，轉(zhuǎn)眼便是大學(xué)畢業(yè)時節(jié)，離校日期已日趨臨近，畢業(yè)論文的完成也隨之進入了尾聲。從開始進入課題到論文的順利完成，一直都離不開老師、同學(xué)、朋友給我熱情的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意!我首先要感謝老師。從最初的定題，到資料收集，到寫作、修改，到論文定稿，她給了我耐心的指導(dǎo)和無私的幫助。老師淵博的學(xué)識、嚴謹?shù)闹螌W(xué)態(tài)度也令我十分敬佩，是我以后學(xué)習(xí)和工作的榜樣，她循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪。同時，感謝所有任課老師和所有同學(xué)在這四年來給自己的指導(dǎo)和幫助，是他們教會了我專業(yè)知識，教會了我如何學(xué)習(xí)，教會了我如何做人。正是由于他們，我才能在各方面取得顯著的進步，在此向他們表示我由衷的謝意，并祝所有的老師培養(yǎng)出越來越多的優(yōu)秀人才，桃李滿天下！還要再次感謝老師對我的關(guān)心和照顧，在此表示最誠摯的謝意。在這我也非常感謝我的同學(xué)，他們在我無助的時候鼓勵我?guī)椭?，讓我在成長的路上不是孤身一人，與他們同行我無比的快樂和自豪！寫作畢業(yè)論文是一次再系統(tǒng)學(xué)習(xí)的過程，畢業(yè)論文的完成，同樣也意味著新的學(xué)習(xí)生活的開始。由于時間的倉促及自身專業(yè)水平的不足，整篇論文肯定存在尚未發(fā)現(xiàn)的缺點和錯誤。懇請閱讀此篇論文的老師、同學(xué)，多予指正，不勝感激！最后，感謝所有關(guān)心我、幫助過我的老師、同學(xué)和朋友！參考文獻GB/T11017-2002，額定電壓llOkV交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜及其附件［S］GB/T18890-2002，額定電壓220kV(Um=252KV)交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜及其附件［S］劉子玉，王惠明，電力電纜結(jié)構(gòu)設(shè)計原理［M］。西安交通大學(xué)出版社,1996吳炯。大長度、大截面超高壓電力電纜技術(shù)開發(fā)前景［J］。中國電線電纜，2003.(4)；5-7GB/T3956-1997，電纜的導(dǎo)體［S］黃豪士等，裸電線工藝學(xué)［M］。電氣工業(yè)職工教育研究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withAllCablesInletandOutletJingjieZbuJianyinHuwuxiposBsupplyeampanyWirei,Jtuigsui2144)61Atfitnact:Asthedcvelopmcnioflocalecon-DHiiyan-dtbe電3[禺ndim*ofurbAninns,±ewerheadelectrictransmus-iDnlinesofeveryvoltajje且r芒aJ.I.lijnitEdwaccruinEsneDt(?on^dcroftbecitj'pl且nnin^andhu^eelcctridtyrequirenicinL220k￥茸口IxtAtiDDwthall.cabljesinletan-doutlet且reeiperimencc-dandenen-dedstepbyftepillWuii^adoptinj;hi妙itytraQsfdnnerand251Mlmm2cross-1irakedcable5)and±cirdesignandtonstruedon且rebothatexplorAtj-uoeXb黑各I'his且rtides-imiplysiDdi.e&onthelAyoutofsubsCAtioasalreadyinoperation,constructiaraanddesign,andprovidessome且ppro且thforthesmillarsub±tatioDspdesi^ointhefuture.rdsiAJJ.cablesinletandoutlet,bi^hparitytrAn^farmeGUrfe-s?c1it>BcAblesWuxiwithallcablesinletandoutletinoperati?.OneofthemistheClongjiziiig^ubEtntian,thefirstsuhstatianInWiKi.adkyptinc240KfVAhighcapacitytraiEtoinnermKi2500mni2cross-1inkedcables,whichhasputintoopciati?in2tKJ9.Atthesametime,aJiuobcrofthesannetypeand]samesc^deof220kVsutatalionismdinaanstructionardesign.Analyzingtheseproject^theieareanmbsofcrannoncharacteristics:iLocationsandpathsareallincitycenterarhi回卜techF^uknwithland!rcquisitianproblcuLE.LocalplanningirquiicsthatthewiresdwnlcibeabnostWKHeTgimiiKi:thesuhstntionappearanceshouldbeharmraiDiiswiftthesiuToimdliiigenvimreiiieiitandrcdhicenoiseandlelectimiaEiieticmdiationpoDution.'nwier^re,theindborIs^owtwithallcablesinletoutletisthepreterredoptions.ToredisctheareaofsuhstitiaiKG￡Spowerdistridevicesarecomnimlywsed."11ksutelHtianswithallcablesinletand!outletabnestlocatedincentsIntroductkinAs1heifcvelopinnaitofIcsaleconomyandtheexpmdliiiEci"urbanzone,theovcriisidelectrictransnissicailinescfcvcjyvotagcarealllimited]toaedainextentEspeciallyintheecnnninicallycfev^lopedsoutheasta^istal祈1址軋sutataticaK"layoutof220kVand]10kV乜moredifficult,(hithecutie血situationinWuxi,thel^'ontofaDcablesinletandaulletfor220kVisgiaduallybcaiininEaprerequisiteintheajeaswhichhaveetcatIcgd血numdLdoiuuidiiiigTEginnalplaiminganddjfficiiJtIjjkSirquisitioiisuchascitycenter,high-tcdiparkandjkwIntroductkinAs1heifcvelopinnaitofIcsaleconomyandtheexpmdliiiEci"urbanzone,theovcriisidelectrictransnissicailinescfcvcjyvotagcarealllimited]toaedainextentEspeciallyintheecnnninicallycfev^lopedsoutheasta^istal祈1址軋sutataticaK"layoutof220kVand]10kV乜moredifficult,(hithecutie血situationinWuxi,thel^'ontofaDcablesinletandaulletfor220kVisgiaduallybcaiininEaprerequisiteintheajeaswhichhaveetcatIcgd血numdLdoiuuidiiiigTEginnalplaiminganddjfficiiJtIjjkSirquisitioiisuchascitycenter,high-tcdiparkandjkwuni?.Msuiwhilc,sciKralizinshighcapacitytraj^tonner,Lu^e-sectioncablesajKfindkx^rl^rnitcimmeetHierecpiroineiilscfthelocalova^allplanningand!theincreasineelectricitj-lead站nandLCliaracteristicsAnalysistnrrcoityens,theirarethreeSZOk^'EutataticaEinFig22.1LayoutofPlanASetthe2B)kV('h^mgjiangsutetaticninWwdasanexannpte,wiKHcmainelectricalwiringisshowninFig.1andlayoutinFig.37Fig.4.TheareacfsutatationisTectaiigiilarwith755m.long,75m.widleaixfooviersheareaof56&jin2.ITksutetzition也hejndocTintegratedsplit-levdardiitcchirewithboundingunllsoutsidejikIfileckajuijclallarmndl.ITwnLaintrajEtcona-juk!distributiondevicescfeveryvoltagelevelaicanangedinsidethegioundltlmr.ThemaintraiEtoninerisdesignedasunits-splitselFcoolinganWranVernier,setinthesouthside.The220kVdistribiftictndeviceadaptstheall-dcsodGISccanboswitchgculocatedontheimthcfmaintrmkstanrier,intheinidkilecfthegroimdftocr.11<JkVdistribifticoideviceadoptstheall-cl(?dGEcctmte-sWiitchgearinthenorthcfibegroimdtloor.Bridgecieuksaresetinsidethe230kVmJHUkVrooiTLEiaIictcahalFwdEigrwiKicablel^ercf3.0m.highisactdkrwiEtaiis.ThenorthczEtsidecfthisbuilding址tloois.ITk35kVdistributiondevicesonthegroimdltlmradopttheSF6gas-holder.Thetdchtiofsecmdhiydevicesisontheuptlwsr.Thercaaivepower(xaiipensatiandevice百arccmoeKtratedinftsandllaiybuildingwhkhisonthenorthofthemainbuilding.ThereEexpanisionjoinrtinI亡vdsplitpcsiticai.Theroom,cfreactra"isonitsgroimdlHmt卅加怙theroomofcapacitorisonitsuptlootr.ITwonniKtionof220kVGESzurfnnaintranstisTmerusestheGLSwindpiperk!oil-gsEbushing:theccamecticmcfIWkVGCSandmsintransthnnerusesthedouble630-sccticnf必Id：thecmiKctioncf35kVGESandmaintranstbnn.CTusesthetreble630-secticncables.Thepathsinftiesubstationihrmaintmns旳eihtransitaje4.5m.wiefc,whiletheotherpathsarc斗.Om.wide.Excepttbrconsideringthetransitcar'sturning,theroaiEtinningradiusis9.00m..Thetntilniumteofinletaixioutletcircuitsofevoyvoltagelevdswillheverylarge一sotho'cusualIyncecitosetaspecialcablelayerjuk!requiiecablesof220kajfedl1]UkVlaidlew."11kreasnnableliningandheadlineofiheptrinizuyzmdsecondarycables它aniimportanitisaienjeedtoheseriouVyc^m^iJcred!indesignmJeoiKtHsctioai.Whenevca~y?itagelevelinsubstationissetbyall3()10ChiiLa[EtematioiiialCcaifereiKeonElectricityDistribution3()10ChiiLa[EtematioiiialCcaifereiKeonElectricityDistribution2010China2010China[iitematimalCcnterenceonElectrici^'Distributioncablesinletandoutlet,thetotallengthofthecablesbeeamtslarge.[JndternoloaderlightIozkInnming,thechajgingpnwo-oncablelineislaigb.Cuueretlyneedtosetbothshuntcaps:iteraiKfshinttreactcrinflielowvoltagesidetomeetthevoltageregulatingdwiaiKiinbadpeaksaixivalleys.Asthecapaci^'cfmaintraiEthnner他ku^ei;thecapacityofreactivepowerccmpeitEationdevicekhouldalsobelarger.Astheshuntieactorshouldbesetindoor,toreducetheelectr^anagiKtk:interteraBccto^ytherdevicesojkIheatingthosestedtrajney.irark,thedrj^jpereactorwiftnugiKticcoreisccanmcailyusedwhosesingle^ighftis如najidiiigtothestructuralload-bearing,[nl^out,thereactivepowercompeitsatiwicfcviceshouldbersiscniableanmigedl.3?SchemeComparisonAccordingtoseveralkeytcaturcsabove,rctcraKctotheEiKceEEtuJccmpletedexperieno:ofsimilurinShanghaiaj>dlNanjing,Wuxiismainlytriodiseverall^outoption弓bdffw.Fc(rpurposescfsm/parism,thetbllmingprojecta￡sirni.ptiansarebasedonthesamtsubstationscaleandfte生nutmniiielectricalwiling:j*2-44JiKfVAnn￡Lintranstmiierinpmspect:6-Wcircuitsot"220kVcables打乩dmble-biEcmtlguratim,25Wmin2-sectimcable;12dreuitsof1.lOkVcablescmtlet,double-buscantlguraticjai,lOOOnuiL&Eectiancables:10(36)ciraiitsof35kV(3JkVJcablesoiftlei,secticaulijEdl￡iji￡le-bus(雖sectionalizedringedsijiglc-biE)ccotfiguration:6*IZODUkvarshuntcapacilorof35kV(3JkVl6*1000<Jk￥arshuntreactorcf35kV(20kV)?(Fig.1?Fig?2)?***M*nn?'Will5,lfli盯斡iKflaUi-linmunimuiiij|nuni.左拡m[tisthefirsttimethat25Wriuii2-soctic(ncablesbeeniKdinsubstatianinWu.si,whosenconinaloutsidk:diann.ctCTisabout1.55nun..AccordingtodesignspeciticadcnE,theturningradiusshouldbe3.1m..TheactuallEquiranentof

cablesanidcabletennijialinanurr'actiircisi蠱2.KmforccjEtructim,2.2mforopeiatioitBut,becauseofthegeologicallimits,thisprojectdidnetsettieGISdevicesof22(McVandIIC?kVontheupfkwstratthebeginningofdesign.TheheightofthecableIs^erdoes;notdisobq-thespcdtloLtionof"Article5A13incablesanidcabletennijialinanurr'actiircisi蠱2.KmforccjEtructim,2.2mforopeiatioitBut,becauseofthegeologicallimits,thisprojectdidnetsettieGISdevicesof22(McVandIIC?kVontheupfkwstratthebeginningofdesign.TheheightofthecableIs^erdoes;notdisobq-thespcdtloLtionof"Article5A13inGR50217-2007CedetarDesignofCsbleofElectricalWork:theclearheightcfcablelavaroamisnogoodthan3meteis.11k2SKhnntZ-sectiancables,aftergettingintothecablel^er,stillcanreachthebiggestturningT^djusfarocaEtructicn,butthereisalmcstnonuLTginleftwhichbringsdifficultiestcrcmEtructiaiLCloselycmpeiatianisparticularlyneededbetwemthedepaitmentsforGKdevicein^tallationandcable-incomingccnstmcti?―encablesintotheGISroconandfinishedcabletoimijialimikijiigmu^tbetoretheinstaUationcf22()kVCltScablecollar.ThisisthemostEigniffcaiitprobleininthisprqject.DesignersandconstructionpcncoinclgeiKiallya_gjeedtiiatinusingtitislayoutlata*,ifthereojenogeologicalIunits;fileheightofcablelavs1andthedepthofcabletimiLelshouldbeapproprhrtelyincrease叮to3?5meteis.Fig.4Fig.32n2LayoutofPlanBITkmainelectricaluiringofsuhstationisshowninFig.Iandflteis血mminFig.§Fig.6.11kareacfsubstationisrectangularwithS7mlan