考虑热稳定性的多功能模块化电缆载流能力评估算法

设计应用技术
 2023年12月25日第40卷第24期
37 Telecom Power Technology
Dec. 25, 2023, Vol.40 No.24
李　栋：考虑热稳定性的
多功能模块化电缆载流能力评估算法
0/R S ρ= （8）式中：S 为电缆的横截面积；ρ为温度为20 ℃时电缆线芯的电阻率。

电缆线芯导体温度的表达式为 ()
2a L
0c 2
L 01201I R T I R T
θαθα+−=− （9）
电缆绝缘层中，随机点温度与线芯温度的关系
式为
()2L DC c 1ln 2πI R r r r θθλ
−=
（10）式中：r 为绝缘层随机点的半径；θ(r )为绝缘层随机点的温度分布；λ为电缆绝缘层材料的导热系数；r 1为线芯点的半径。

电缆绝缘层的温度分布表达式为
　()()()2
a L 02
L 02
1L 02
L 0
11201ln 11 120ln 2πI R T r r I R C r I R T r I R r θαθαααλ +− =−⋅− −
−
（11）
电缆绝缘层的温差表达式为
()2
2
a L 0i L 012
L 02
L 01
1 110I R T I R T I R T I R T θαθααα+∆=+−− （12）依据式（12），结合热稳定性方程，获取考虑热稳定性的电缆稳态载流量I E 的表达式为
()M
E 010M
a I R T R T θαθαθ∆=⋅+⋅∆
（13）
式中：∆θM 为电缆绝缘层的最大允许温差。

1.3　电缆载流能力评估算法
电缆电流与电压损耗的温升之和，与电缆线芯与护套的温差相同，存在表达式
c d c a ==θθθθθ∆∆+∆− （14）式中：∆θc 为电缆的线芯温度；∆θd 为电缆的护套温度。

单芯或三芯电缆敷设在空气或土地中时，有 ()c c 1231W T T T θλλ∆=+++
（15） d d 12312W T T T θ
∆=++
（16）式中：W d 为电缆横截面；W c 为电缆的线芯横截面。

单芯电缆和多芯电缆的横截面表达式为 2a c 2
a
, ,I R W nI R = 单芯电缆
多芯电缆 （17）式中：I a 为电缆的线芯电流；n 为电缆芯数；R 为温
度为θc 时单位长度线芯的电阻。

基于以上分析，与式（12）结合，获取考虑热稳定性的电缆载流能力I z 的评估公式为
()()c a d 123z 123121nW T T T I R T n T n T θθλλ
−−++
=
+++
（18）
式中：I 为恒定负载时电缆的连续额定载流能力；θc 为恒定负载时电缆的连续额定载流能力以及电缆可以接受的长期额定工作温度。

通过式（18）可以看出，依据电缆外护套等部位的温度变化即可评估电缆的载流能力，考虑了电缆运行过程中载流能力受热稳定性的影响。

2　实例分析
为了验证考虑热稳定性的多功能模块化电缆载流能力评估算法评估电缆载流能力的有效性，选取某电力企业600 mm 2、型号为YJLW 02 XPLE 的三芯电力电缆作为研究对象。

依据电缆敷设位置的周围环境和电缆的尺寸参数作为电缆载流能力评估的条件，获取电缆载流能力评估结果。

电缆在电力系统中的电缆间距为300 mm ，电缆埋设为1 500 mm ，电力电缆与回填土间距为 300 mm ，电缆与电缆间的上下距离为300 mm ，电缆敷设位置的土壤热阻与沙土热阻分别为1.5 ℃·m ·W -1与2.5 ℃·m·W -1。

实验选取的电力电缆结构参数，如表1所示。

表1　电力电缆结构参数
单位：mm
指标名称数值电缆导体直径38绝缘层厚度23屏蔽层厚度3外护层厚度5电缆外径
90
评估电缆载流能力时，电缆敷设位置的环境参数对电缆载流能力影响较大。

利用传感器采集电缆敷设位置的环境参数，利用采集的环境参数作为电缆载流能力的评估依据。

采用本文算法评估不同环境参数变化时的电缆载流能力，对比实际电缆载流能力与电缆载流能力的评估结果，具体如表2所示。

从表2的实验结果可以看出，采用本文算法评估电缆载流能力可以伴随环境参数变化，实时调整电缆载流能力的评估结果，令电缆载流能力评估结果维持在稳定的范围内。

本文算法评估电缆载流能力时，充分考虑了热稳定性对电缆载流能力评估结果的影响，提升了电缆载流能力的评估结果。

本文算法评估电缆载流能力的评估误差均低于1%，具有较高的电缆载流能力评估精度。

为了验证本文算法对电缆载流能力的评估性能，
Telecom Power Technology。