電流負(fù)荷能力的計(jì)算

由于電纜在導(dǎo)線內(nèi)以及(如果是交流運(yùn)行)在金屬護(hù)套內(nèi)產(chǎn)生電流損 耗熱，以及由于絕緣層內(nèi)的介電損耗，而使其溫度上升。至于介電損耗， pVC 絕緣電纜在 U0/ U = 3 . 6/6kV 以下；紙絕緣電纜在 U0/ U = 18/30kV 以 下；VpE 絕緣電纜在 U0/ U = 64/110kV 以下，可以忽略不計(jì)。穩(wěn)定狀態(tài)下， 散熱等于電纜內(nèi)所有損耗之和。損耗熱通過(guò)傳熱到達(dá)電纜表面，而且在 架空敷設(shè)時(shí)，通過(guò)對(duì)流和輻射，向環(huán)境釋放。土壤中敷設(shè)時(shí)，電纜表面的 損耗熱是通過(guò)土壤進(jìn)入周圍大氣。導(dǎo)線溫度與環(huán)境溫度的差與總損耗近 似成正比。熱流規(guī)律與歐姆定律近似相符。對(duì)此，電壓 U 與溫度上升△θL 相對(duì)應(yīng)，電流 I 與熱流+相對(duì)應(yīng)，電阻 R 與熱阻之和二 T 相對(duì)應(yīng)；類似 U

= IR，得到

熱流 +是電纜內(nèi)產(chǎn)生的熱損耗 P/i 及與電壓有關(guān)的損耗 P/d 之和。 因此，熱量能由其產(chǎn)生地點(diǎn)到達(dá)周圍環(huán)境，必須克服電纜的熱阻 T/K 和周 圍環(huán)境的熱阻 T/4 。 T/4 可以是限制由電纜表面向周圍環(huán)境進(jìn)行熱傳遞的 空氣熱阻，T/Lu也可以是土壤熱阻 T/E。

根據(jù)熱流與電流之間存在的近似關(guān)系，可以為電纜流失的損耗熱和 由此引起的溫度上升做一等效流程(圖 18 - 1) 。架空敷設(shè)時(shí)，由對(duì)流和輻 射進(jìn)行的熱傳遞，可以用兩個(gè)并聯(lián)熱阻，電纜的其余熱阻用串聯(lián)；土壤中 敷設(shè)時(shí)，在這個(gè)位置上是土壤熱阻。

電流熱損耗 P/i 產(chǎn)生于導(dǎo)線、金屬護(hù)套和鎧裝中，介電損耗 P/d 產(chǎn)生 于絕緣層中。它們用熱流來(lái)表示。 由于這些損耗，導(dǎo)線溫度 θL，電纜表面

溫度 80，針對(duì)環(huán)境溫度 8U，分別高出 △8L 和 △80。

對(duì)于有 n 根有電流的芯線構(gòu)成的電纜，其芯線的單位長(zhǎng)度有效電阻 為 R/wr，用

P/ i = nI2 R/wr

求得電流熱損耗，和用

P/d = noC/b ( )2 tan8

求得介電損耗

由等式

R/wr = R/日r + △R/ = R/日r(l + ys + yP )(l + λl + λ2 )

求得單位長(zhǎng)度有效電阻 R/wr，其中，在容許工作溫度 8Lr 下，直流單位 長(zhǎng)度有效電阻為

R/日r = R/20 [l + a20 (8Lr - 20)]

單位長(zhǎng)度附加電阻

由于與電流強(qiáng)度有關(guān)的交流損耗，說(shuō)明可測(cè)導(dǎo)線電阻增加。由于集 膚效應(yīng)( ys )和鄰近效應(yīng)( yP )，通過(guò)金屬護(hù)套、屏蔽同心導(dǎo)線內(nèi)的感應(yīng)電流 和渦流(λl )，以及通過(guò)鎧裝內(nèi)的渦流和反復(fù)磁化(λ2 )，在導(dǎo)線內(nèi)產(chǎn)生了這 些損耗。如果把這些因數(shù)引進(jìn)公式，則得到導(dǎo)線溫升值

△8L =[I2 R/日r +(P/d/2)] r/l +[I2 R/日r(l + λl ) + P/d ] nr/2

+[I2 R/日r(l + λl + λ2 ) + P/d ] n( r/3 + r/4 )

電纜的實(shí)際熱阻適用下式

r/ K =(r/l/ n) + r/2 + r/3

其中，部分熱阻代表著絕緣 r/ l、內(nèi)護(hù)套 r/2 和外護(hù)套 r/3。金屬結(jié)構(gòu) 成分的熱阻很小，可以忽略。

為了使這些公式能夠使人一目了然，減少設(shè)計(jì)麻煩，引進(jìn)了電纜假設(shè) 熱阻。由公式得到在考慮了電流熱損耗情況下的電纜假設(shè)熱阻 r/ Ki

+(l + λl ) r/2

l + λl + λ2

以及在考慮了按公式計(jì)算的介電損耗并假設(shè)它們產(chǎn)生于絕緣層大致 中間的位置情況下的假設(shè)熱阻 r/ Kd

r/ l

r/ Kd = + r/2 + r/3

由這些關(guān)系式得到，在允許工作溫度 8Lr和環(huán)境溫度 8U 時(shí)的負(fù)荷能力 IZ

IZ =^nR'wr( r'Ki + r'4 )

其中，由于介電損耗造成的溫升

△8d = P'd ( r'Kd + r'4 )

各個(gè)熱阻、損耗因數(shù)或有效電阻均可按規(guī)則算出(倘若它們是非知己的)。 下面就針對(duì)允許工作溫度 8Lr計(jì)算或說(shuō)明有效電阻。

如果運(yùn)行電壓 Ub 與電纜的額定電壓 U 差別很大，按公式計(jì)算介電 損耗時(shí)，就應(yīng)以 Ub 代替 U。

架空敷設(shè)情況，應(yīng)使用空氣熱阻 r'Lu 。在約定條件下，環(huán)境溫度為

30℃時(shí)得到的負(fù)荷能力為

8Lr - 30 - △8d

可見(jiàn)，其值與從 18 . 2 節(jié)表中所查值是一樣的。

偏離 30℃的其他環(huán)境溫度的換算因數(shù)，是在假設(shè)有效電阻和熱阻恒

定的情況下，即

Ir ^8Lr - 30 - △8d

架空布線以外的其他敷設(shè)類型，或電纜聚積情況下的負(fù)荷能力，只能 通過(guò)換算因數(shù)計(jì)算。

土壤中敷設(shè)情況，環(huán)境熱阻 r'4 應(yīng)使用土壤熱阻。當(dāng)然在土壤干透和 周期性負(fù)載情況下，必需擴(kuò)展公式。

國(guó)際招標(biāo)中許多情況都要求根據(jù) 1EC 或其他標(biāo)準(zhǔn)給出或計(jì)算電纜負(fù) 荷能力。根據(jù) 1EC60384 - 5 - 523(低壓電纜負(fù)荷能力)規(guī)定，也允許使用的計(jì)算方法，HD(協(xié)調(diào)文件)384 . 5 . 523 也如此規(guī)定。

下列章節(jié)介紹的，物理上可理解的負(fù)荷能力計(jì)算方法，是有關(guān)電纜的 VDE 規(guī)定中所列負(fù)荷能力值和聚積因數(shù)的計(jì)算基礎(chǔ)，它們通過(guò) D1N VDE0298 - 2 出版于 1979 年統(tǒng)一發(fā)表。10 余年的經(jīng)驗(yàn)證明了這些計(jì)算方 法的正確性，所以，它們可作為的計(jì)算方法使用和認(rèn)定。