电力电缆温度及载流量核算研究

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1、电力电缆温度及载流量核算研究第1章绪论1.1研究背景　　电力电缆温度及载流量核算研究第1章绪论1.1研究背景近年来，随着经济的高速增长，我国对电力需求也越来越大。电缆作为电力传输的主要载体，在我国各行业的应用越来越广泛，我国对电力电缆的项目建设和投入也逐年递增。作为保证电网运行的重要设备，电力电缆一旦出现故障，将给整个电网的稳定运行造成巨大的冲击，造成重大经济损失，甚至导致重大安全事故的发生。另外，由于电力电缆初始投资成本髙、电力项目隐蔽性强，城市的电力工程施工将对企业生产和居民生活产生非常巨大的影响。电缆绝缘材料的性能在电缆运行的过程中发生不可逆转的改变，随着

2、时间的推移，电缆绝缘材料逐渐老化，绝缘性能降低。对于使用过程中绝缘层老化的电缆，如不及时更换，会由于过载或外力损坏导致短路漏电，加速电缆绝缘的老化，致使电缆绝缘击穿、短路着火。因此，保障电力电缆上安全稳定运行和延长电缆使用寿命就变得极为重要[1-3]。电力电缆的使用寿命主要是指电力电缆绝缘的使用寿命，绝缘的劣化、缺陷的发展具有统计性[4],其发展的速度有快有慢，大多数具有一定发展期，在这期间，会有各种各样的征兆，如电树技、水树枝、热引起的形变等。因此电力电缆不但要在出厂前进行预防性试验，而且还要在运行过程中进行在线检测，及时发现电缆的绝缘缺陷。实际运行的电缆一般

3、规定导体最高工作温度，导体温度值不能超过绝缘材料的长期耐受温度以保证电缆的使用寿命[8]。如果电缆长期过负荷运行，会使得导体温度过高。导体温度超过其限定值，将加速电缆的老化，降低其导热性能，甚至使电缆绝缘由于局部过热而发生热击穿，引发相间短路或火灾事故[9_12]。以交联聚乙稀(XLPE)电缆为例，其工作温度超过允许值的8%时，其寿命将减半；如果超过15%，电缆寿命将只剩下1/4[13]。但是，若为了追求较低的导体运行温度，而使得电缆长期低负荷运行，将使得电缆截面得不到有效利用，不能充分发挥电缆的传输能力，加大工程成本，造成材料资源浪费。故在运行中，一方面要保证

4、电缆在允许的范围内安全、可靠运行；另一方面，应该充分合理地利用电缆传输容量，保证电缆线路的经济运行。导体最高工作温度决定电力电缆的载流量，而电缆载流量的经验值都是基于最恶劣气象条件（如晴天、高温、无风等）得出，往往没有对电缆的实际运行环境和负荷情况进行全面的考虑，正因为如此，导致载流量的估算往往过髙或过低。载流量估算过高，电缆运行于过热状态，造成导体作温度过高，电缆绝缘寿命缩短；若估算过低，则导体铜材或错材就未获充分利用，传输能力浪费，经济成本增加。工程技术人员在进行电缆的设计选型时，往往会从偏向于保障安全运行角度考虑，加大电缆导体的截面积，选择过大的安全保险系

5、数，从而使工程的投资缺乏经济性[14_22]。由此可见，对电缆的温度和载流量进行准确计算和深入研究不仅能确保电缆安全、稳定地运行，而且能提高电缆的容量利用率，具有十分重要的意义[8]。目前国内外对于电缆导体载流量的计算，都是基于IEC所制定的电缆额定载流量计算标准IEC60287。其基本思想和算法都是建立在电缆周围介质参数已知的基础上，而这些参数一般被作为恒定值来处理。对于空气中敷设的电缆，其热阻在导线温度稳定和环境温度升高的情况下，变化很小，计算过程中，一般认为基本恒定。然而对于土壤中敷设电缆，其值可变范围较大，取决于电缆敷设现场的条件和状况。土壤温度随埋设深

6、度、季节而变化，而且不同时刻不同位置的地温数据很难获得；此外由于土壤颗粒的空隙同时包含气、液、固三种状态的物质，导致不同的土壤构成表现出来的导热性能差异很大。研究发现，土壤的热阻系数（土壤单位热阻）与土壤的湿度、温度、密度、空隙率及组成土壤的颗粒大小分布有很大关系。其中，土壤中水分含量的高低对其热阻系数的影响最大[2]。电缆周围介质参数的不确定性使得环境热阻的计算变得复杂而且不准确，而国内外现有的计算方法大都没有对这一点进行全面考虑，故存在一定的理论缺陷性[11]。第2章电力电缆稳态温度计算2.1电缆温度场计算的传热学原理电力电缆在运行过程中会产生大量热量，并在

7、其周围形成热物理温度场，电缆载流量的计算正是依据这一点来进行的。根据焦耳定律，电力电缆在负载运行的过程中，导体内会产生电流热损耗，使导体和绝缘的温度上升。多佘的热量会以热流的形式经过电缆的各层，通过传热到达电缆表面，而且在架空敷设时，通过对流和辖射，向环境释放，对于土壤中敷设的电缆，电缆表面的损耗热是通过土壤进入周围大气。在对电缆进行热分析时，会涉及传热、对流和热辐射等各种热量传递情况，因此，熟悉和掌握电缆温度计算中的传热学原理是进行电缆热分析和载流量计算的必要前提。各种物体都能够传热，但是不同的物质其传热本领不同，即使是同一种材料，导热系数也与材料的组成结构、

8、温度、含水率等因素有关。