排管敷设情况下电缆额定载流量研究之二——载流量理论计算

排管敷设情况下电缆额定载流量研究之二——载流量理论计算 排管敷设情况下电缆额定载流量研究之二 ——载流量理论计算 2008年第2期 No.22008 电线电缆 ElectricWire&Cable 2008年4月 Apr..2008 排管敷设情况下电缆额定载流量研究之二 —— 载流量理论计算 周炳凌,范玉军,甘则富,刘淞伯 (1.南京供电公司,江苏南京210008;2.上海电缆研究所,上海200093) 摘要:刺用镜像法和叠加原理,建立了排管敷设的几种不同情况下电缆栽流量理论计算的模型,并进行计算; 对部分敷设情况下的栽流量计算值进行了试验验证,进而说明本文所建立的模型是合适的,理论计算值与试 验值的误差仅为2%左右,这将为今后电缆排管敷设情况下的栽流量计算奠定了理论基础. 关键词:电力电缆;栽流量;排管敷设;计算理论;研究 中图分类号:TM247;TM206文献标识码:A文章编号:1672~901(2008)02-0026-05 StudyontheAmpacityofCablesInstalledinPipes,PartTwo —— TheOreticCalculationofAmpacity ZHOUBing—ling,etal (NanjingPowerSupplyCo,,Nanjing210008,China) Abstract:Amodelfortheoreticcalculationoftheampacityofcablesinstalledinpipesonsever alcaseswasestab? lishedbythemirrormethodandsuperpositionprinciple.Calculationwascarriedoutbyusingt hismode1.TestingWaS madetOverifythecalculatedampacityvaluesonsomecases.Theresultshowedthatmodelisa ppropriateforampacity calculationandthedifferencebetweenthecalculationandmeasurementliesonlyatca.2%.Th ismodellaysatheo- reticfoundationfortheampacitycalculationofcablesinstalledinpipes. Keywords:powercable;ampacity;installationinpipes;theoreticcalculation;study 尽管国际电工委员会(IEC)就电缆通用敷设方 法(空气与土壤直埋方式)下的载流量提供了标准 计算方法,但是对于排管敷设情况下载流量计算的 理论研究方面,还缺乏成熟的理论模型.本文对不 同根数,不同负载条件下的排管敷设电缆载流量的 计算建立了相应的数学模型,为今后排管敷设情况 下电缆载流量计算提供了依据. 1理论模型的建立 1.1载流量基本的计算公式 埋地排管敷设电缆具有绝缘热阻,护层热阻,电 缆 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面和管道内之间的热阻,以及水泥与土壤形成 的外部热阻,根据传热学原理,电缆的载流量,可按 下式计算: , 面了丁 'R[TI+,l(1+AI)+n(1+AI+A2)(Ts+)] (1) 式中,A0为电缆最高允许导电线芯温度与环境 收稿日期:2007-08?10 作者简介:周炳凌(1972一),男,工程师. 作者地址:江苏南京市中山路251号[210008] 温度的温差;R为电缆导电线芯的交流电阻;T.为 电缆绝缘层的热阻;为电缆外护层热阻;为电 缆表面与管道之间的热阻;为管道外部的水泥与 土壤之间形成的热阻;n为电缆的芯数;为干燥土 壤和潮湿土壤热阻系数之比;Wd为介质损耗;AO 为土壤临界温升,即高于环境温度的土壤干燥与潮 湿区之间边界的温升;A.为金属护套损耗相对于导 体总损耗的比率;A:为电缆铠装层总损耗相对于导 体总损耗的比率. 如果电缆中没有护层电流,又无钢带和钢丝铠 装,则护层损耗可忽略不计;电缆穿管埋设在水泥排 管中,如果水泥有足够的宽度和厚度,也不存在土壤 中水分迁移的问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ,这样条件下式(1)可简化为式 (2): ,/?0一Wd[0.5T.+,l(++)] '^?R[.+n(++)] (2) 式中各参数,除之外,其他各参数仅与电缆的结 构尺寸及其导体电阻有关,通过计算式或者查阅相 关的图表求得,并与电缆的敷设方式无关,具体的例 示将在本文第2节试验验证中作具体论述.而 2008年第2期 NO.22O08 电线电缆 ElectricWire&Cable 2008年4月 Apr.,2008 不仅与外界敷设的方式相关,而且还涉及到其他电 缆对被计算电缆的影响.因此,以下仅对不同排管 敷设情况下的计算以及电缆载流量的计算进行 论述与比较. 1,2单根电缆排管埋地敷设的载流量的计算 一 般情况下,土壤热阻系数与水泥热阻系数并 不相同,但华东地区一些地方如上海,南京,无锡等 地的土壤与水泥热阻系数基本上一致,约为0.8—1 K?m/W.因此可以把土壤和水泥的热阻看成一均 匀热阻系数的介质.按传热学原理,管道以外的热 阻可用镜像法获得,其计算公式如下: : l(+)(3) 2 " 式中,P为土壤热阻系数(K?m/W);L为电缆排管 轴芯至地表面距离(mm);D为排管管道外径 (mm). 当u>10,式(3)可简化为: : l2(4) 将上述求得的,以及其他有关的参数代入式 (2),就可以获得单根电缆排管埋地敷设的载流量. 1,3等截面等负载多根电缆排管埋地敷设的载流 量的计算 埋地排管多根电缆载流量的计算可采用叠加原 理.即多根电缆在某处产生的温升(实际温升)等于 每根电缆在该处分别产生的温升之和.假如排管电 缆的数量为q,则由于水泥和土壤的热阻和热源在 第P根电缆产生的温升AOp为: AOp=?+?AO如(5) 式中,?为电缆P本体热源所产生的温升; ?AO却为其它电缆对第P根电缆产生的温升(其中 不包括?Opp). 排管外部热阻可由镜像法(见图1所示)计算: Opp=2P 1T r1n(u+) AOlp剽笔) ?=剽凳) AOqp=Pr n (Pq ) 式中,,.……为第1,2,…后…q根电缆损 耗功率,由于排管中每根电缆的损耗功率相等,则: AOp=[1n(u+)+ ?n()+…+?n(差)+…+?n(差)】 =w 2 P 订rln【(u+)× (笔)...fdpk1...]fdpq1]】(6) 由此得出,多根电缆埋地排管敷设的外部热阻 T4的计算式: == 2 P 订r1n[(u+)× (笔)…fdpi1...]fdpq11】(7) 与上述一样,将计算获得的及相关的参数代 入式(2),就可获得多根电缆排管埋地敷设的等截 面,等负载情况下的载流量. 尽管排管中电缆的线芯截面相等,负载相同,但 线芯温度不可能相等,由此可知每根电缆的导电线 芯损耗不可能完全相同,为了得到一个精确的结果, 需要采用叠代法进行计算.若采用电缆的近似平均 温度来计算损耗时,所得载流量的计算误差也不会 太大,但计算会简单得多. 1.4多根电缆埋地排管敷设时的电缆线芯截面不 等,负载不同时的载流量计算 这是城市电网最广泛的一种敷设状况,任意一 根电缆载流量按叠加原理求得.事实上,我们关心的是温度最高的某根电缆,若电缆中的某一根(p电 缆)电缆温度最高,则可按叠加原理,由式(8)求得 该电缆的载流量: . 27. 2008年第2期 NO.22008 电线电缆 ElectricWire&Cable 2008年4月 Apr.,2008 /A0一??可_jI(8)2试验验证 式中,?为P电缆最高允许的导电线芯温度与环境 温度的温差;AO为除P电缆之外,其他q根在P根 电缆处产生的温升总和;其他参数的含义与式(1) 相同.式中的AO由下式计算: AOp=AOp+AO2p+…+AO如+…+AO口p (不考虑AO.) AO=n?(9) 式中,为第k根电缆导电线芯的损耗. = ln("+,) 2L " 当AOp;;n;T;T2;T3;等参数求得后代入式 (8),就可求得P电缆的载流量. 1.5多根电缆排管敷设中有部分电缆呈等线芯截 面,等负载.另一部分电缆呈不等截面,不等负 载的载流量计算 这种敷设状况在高,中压电缆混合排管敷设时 会经常发生的.假设有q根电缆排管敷设,其中k 根电缆为等截面,等负载,基余的q—k根电缆为不 同截面,不同负载,则在等截面中第P根电缆的载流 量应按下式计算: ,= AO-AO q_k(10) 式中,?.一为(q—k)根不等截面,不等负载在第P 根电缆处产生的温升总和(?),AO.一可由下式求 得: AOq— =AO1,+?2,p+…+?, p +?(g一 ^)P (11) ,,× 2 P 盯 rln (q—k)为截面不等,负载不等的电缆 式中,1,2… 根数;Wn'p为n电缆负载发热量;其他符号与前相 同. k根相同截面,相同负载电缆对P根电缆的影 响下,由下式求得: : ln[("+)× 一 ?dpk】, 由式(11),式(12)求得的?.一,以及其他的参 数代入式(10),就可求得第P根电缆的载流量. 为了理解上述的电缆额定载流量理论的计算公 式,以及验证计算公式的合理性和准确性,我们还进 行了载流量试验,以下用一回路倒三角形敷设的三 根电缆和两回路双倒三角形敷设的各根电缆为例, 分别对其载流量进行理论计算,并与其实验结果比 较.载流量试验具体情况,可见本刊上期另一篇论 文:"排管敷设情况下电缆额定载流量研究之 一—— 载流量试验". 2.1一回路三根电缆倒三角形敷设时载流量计算 本计算和试验均采用单芯皱纹铝套110kV电 缆,截面为630mm,不存在不同截面,不同负载的 情况,因此,计算较为简便.其中,电缆参数如下: 电缆导电线芯直径D=30.3mm;电缆外径D = 93.5mm;电缆铝套外径D=84.5mm;电缆绝缘 厚度t.=16.5mm;电缆外护套厚度t,:4.5mm. 三根电缆三角形排管埋地敷设载流量计算(不 考虑电缆的介质损耗,文后将对此作 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 ). (1)绝缘热阻的计算. n (?+2tt);n(?+) = 0.4104(Km/W) 式中,P为电缆绝缘的热阻系数(K?m/w). (2)外护套热阻的计算. = 2"rrn(?+2t2)=n(?+) = 0.0967(K?m/W) 式中,P为电缆外护套的热阻系数(K?m/w). (3)管道和电缆之间的热阻的计算. :———————一一 1+0.1(+Ie0)D 式中,",'13,Y等参数与敷设条件有关,可参照IEC 60827标准查得:"=5.2,'13=0.91,Y=0.010;取管 道内空气的平均温度0=60?;已知D=93.5 mm,将这些参数代入上式可得: T3=0.346(K?m/W) (4)外部热阻的计算.电缆单根排管倒三 角形,排列形式如图2所示,按镜像法求得的外部热 阻为: = T in【2u 从实际敷设图可知:L=1185mm;D=150mm, 即"=2L/D=15.8;d3l=250mm;d32:250mm; d1=2154mm;d3t2=2154mm. 2008年第2期 No.22008 电线电缆 ElectricWire&Cable 2008年4月 Apr.,2008 ||||||_17Ir1了丁rm '? = [2.8×(×)] :_ 6. - 20 — 8 : 0.988(K.m/W) xl=×10,_3.481 ,,s=一o..6 ,一/垒=一,\/ R[Tl+n(T2+T3+T4)]一 /72 0.0383×10一(0.4104+0.09665+0.346+0.988) ?? 以上的载流量计算值均没有考虑电缆的介质损 耗,但实际上电缆在运行时,在110kV交流电压作 用下,是存在着介质损耗,为此对有介质损耗情况下 的载流量进行计算: ,/?—W0.5Tl+(T2+T3+)]』. =f————————————————————————————————— ————:———————一R[.+(++)] 介质损耗的计算式如下: Wd=?c"02,g6(W/m) ?=2=314 一01F/m) 已知:s=2.5;导体直径D=30.3mm;绝缘外径D =63.3mm;可求得c=0.1885×10一F/m;= 0.001.将这些参数代人上式可得: Wd=314×0.1885X10一×(64×1000)× 0.001=0.242(W/m) 因此,由介质损耗引起的温升?为: A0d=Wd[0.5l+(T2++)] = 0.39(?) 即介质损耗引起的温升小于0.5?.如果考虑 到介质损耗的影响电缆载流量为: ,3= ? =993(A) 从以上的计算公式和计算结果可以看出,略 小于,2,这是由于介质损耗引起的,但影响很小,因 此可以认为110kV交联聚乙烯电缆的介质损耗对 载流量的影响是很小的. 2.2双回路六根110kV电缆排管敷设载流量计算 (1)按镜像法计算外部热阻T(见图3). 从实际敷设图可知: d54=150+100=250mm d56=250mm d51=~/220+125=253mm d52=253mm d5=,/2202+375一435mm d;l=(2×965+220)+125=2153mm d;2:2153mm 2008年第2期 No.22008 电线电缆 ElectricWire&Cable 2008年4月 Apr..2008 ….+… 一, eeG.一?一?一 . Ge9一 一 220mm 一.… 图3镜像法计算电缆外部热阻示意图 d=_丽=2193mm d==1946mm d;6=1946mm 将上述各参数代人下式可求得外部热阻T: × × (1… 946)()()(2… 153)()]= 0-81 n[25.8×7.784×7.784×8.51× 8.51×5.04]=1.688(K?m/W) (2)载流量的计算.取电缆线芯最高温度为 94.9oC,土壤温度为17.1oC(这些参数均为电缆载 流量试验的实测值),在此条件下,根据理论公式计 算电流值为: /94.9—17.1 0.0383×10.(0.4514+0.09665+0.346+1.688) 2.3理论计算与试验结果比较 (1)单回路模型与试验结果比较从上述过程 可知,当单回路三根电缆处于倒三角形时,理论计算 值为1010.5A,试验结果为1030A,其相对误差为: II×100%:1.9% I,理I (2)双回路模型与试验结果比较双回路六根 电缆同时加热时,理论模型计算电流值为886.6A, 试验电流值为886A,其相对误差几乎近于零. 应该说明的是在试验过程中,由于试验场地附 近的电网电压有一定幅度的波动,致使电流在30, 6OA的范围内波动,这一干扰因素难以在试验过程 中避免,或多或少给试验结果带来了一定的影响,但 是应该说所建立的理论模型与试验结果是相当吻合 的,其误差在2%以内. 3结论 (1)本文利用镜像法和叠加原理,建立了不同 敷设情况下的载流量理论模型,从其中的部分敷设 情况下的试验验证结果来看,本文所建立的模型是 合适的. (2)按本文建立的数学模型可作为其它型号电 缆载流量计算的参考,不必再进行试验验证. 参考文献: [1]IEC60287-2001,Calculationofthecurrentratingofelectriccables S] [2]JCS第168号E-1995,电力夕一7,许容电流(奄1)[s]. [3]王东海,王春宁,范玉军,等.排管敷设情况下电缆额定载流量 研究之一——载流量试验[J】.电线电缆,2008,(1):l6-2O. (上接第25页) (4)聚乙烯 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 易吸潮,在挤出加工中因潮气 会造成护套表面出现气泡和气孔,因此,必须在60 , 80~C的温度下预热处理1,3h再挤制,才能使电 缆表面致密光滑,均匀一致. 3结束语 新型的传感器电缆是用于硅压力传感器等装置 的主要部件,电缆既可传输多路电信号,又可通过电 ? 3O? 缆中心导气管传输压力位移信息,同时带绝缘的钢 芯加强件增加了电缆的抗拉力,并提高和扩大传感 器的测量深度及范围,而双层屏蔽特殊结构又使传 感器具有非常优良的抗干扰性能.由于该电缆的研 制和应用,使压力传感器有了更为宽广的使用范围 和发展空间,尤其在工业自动化和信息化的发展中 的今天,这种新型的传感器电缆,将有更广阔的发展 前景 一以 ,』Ill \ . ?× 6—6.,一 ,?』 _= 4—4B—r 一 2 UlI r??【1??J k,?J :,../一以