第二章 电气电缆的电气参数

2.1 导电线芯电阻2.2 电缆损耗的计算2.3 电缆的长期允许工作温度和短路允许温度2.4 电力电缆的载流量计算及其修正
电气参数对电力电缆是至关重要的。

它决定了电缆的传输性能和传输容量。

这是由于电缆传输容量主要取决于各部分的损耗发热，而损耗则是根据电气参数来计算的。

第二章
电力电缆的电气参数
一、导电线芯的直流电阻
一、导电线芯的直流电阻
一、导电线芯的直流电阻
2.1 导电线芯电阻
)
1('p s y y R R ++=式中，R’为最高工作温度下，导电线芯的单位长度直流电阻，单位为Ω/m ；y s 为集肤效应因数；y p 为邻近效应因数。

二、电缆线芯交流电阻
最高工作温度下，单位长度导电线芯的直流电阻由下式计算：
+
=
R+
R
1('y
y
) 1、集肤效应因数
+
=
R+
R
1('y
y
) 2、邻近效应因数
2.2 电缆损耗的计算
电缆的温升与电缆各部分产生的热量、热阻和周围环境有关。

电缆产生的热量包括导体电阻损耗、介质损耗、护套损耗和铠装损耗等，其中以电阻损耗占比例最大。

在110kV 及以上电压等级电缆线路中，介质损耗也占较大的比例。

运行中的电缆线路，由于电缆结构特征，产生很多损耗，这些损耗是影响电缆载流量的重要因素。

一、电缆线芯损耗
2.2 电缆损耗的计算
单位长度电缆线芯损耗
(W/m ）2-1式中I ——线芯电流，A ；
R ——单位长度电缆线芯的有效电阻（交流），Ω/m
R
I W c 2 电流流过导体时，一部分功率转化成热量的损耗。

二、绝缘层介质损耗
2.2 电缆损耗的计算
δ
πtg fCU W i 22=式中f —频率，Hz ；
C —单位长度电缆的电容，F/m ；
U —电缆绝缘层承受的电压，V ；
tg δ—介质损耗角正切。

电缆长期允许工作温度和最高工作电压下的tg δ最高容许值见表2-2。

消耗于绝缘层的有用功率，单位长度的电缆绝缘损耗计算式为：
三、护套损耗
2.2 电缆损耗的计算
电缆金属护套损耗的计算比较繁琐，为简便计算，可以认为电缆金属护套损耗Ws 与线芯中电流的平方成正比，因此它与线芯损耗Wc 之比为一常数，即
c s W W 1λ=''1
'11λλλ+=式中—电缆金属护套的总损耗系数；
—电缆金属护套的环流损耗系数（回路电流损耗系数）；—电缆金属护套的涡流损耗系数（邻近效应损耗系数）。

1λ'1λ'
'1λ
四、铠装损耗
2.2 电缆损耗的计算
电缆具有铠装（加强层），将在不同程度上改变护套的感应电流，从而改变护套损耗。

同时，当铠装接成通路时，铠装中也会产生损牦。

铠装层和加强带中的损耗，可与护套损耗一样简化为
c
A W W 2λ=式中——电缆铠装层或加强层（带）的损耗系数；
W C ——单位长度电缆线芯损耗。

2λ
电缆在运行中，由于导体电阻、绝缘层、保护层和铠装层的能量损耗，都将使电缆发热，温度升高。

当电缆的运行温度超过某一定值时，会导致其绝缘性能破坏，缩短电缆使用期限，甚至引起故障。

所以，电缆的运行温度限定在这一特定值以下，这个特定值称为电缆的长期允许工作温度。

不同电压等级和绝缘型式的电缆，其最高允许工作温度值不同（表2-1）。

2.3 电缆的长期允许工作温度和短路允许温度
一、电缆的长期允许工作温度
电缆工作温度过高对电缆的影响主要表现在两个方面：
1、加速电缆绝缘材料的老化，使电缆使用寿命缩短。

2、电缆绝缘受热膨胀，造成铅（铝）包的过度伸展，使电缆内部产生空隙，在电场作用下发生游离，最终导致绝缘性能受到破坏。

2.3 电缆的长期允许工作温度和短路允许温度
一、电缆的长期允许工作温度
2.3 电缆的长期允许工作温度和短路允许温度
二、电缆的短路允许温度
当电缆线路在运行中发生短路时，通过的电流将突然增加很多倍。

由于短路的时间一般很短，这些电流通过导体时所产生的热量来不及散发，致使导体的温度很快升高。

短路情况下的电缆导体允许温度也列于表2-1 中。

电缆线路有中间接头时，其接头的短路允许温度：焊锡接头为120ºC，压接接头为150 ºC（对表2-1所规定的温度低于150 ºC的电缆，则按表2-1的规定），电焊或气焊接头与导体允许温度相同。

2.4 电力电缆的载流量计算及其修正
一、电缆长期载流量
电缆载流量是指一条电缆在输送电能时所通过的电流量，在热稳定条件下，当电缆导体达到长期允许工作温度时的电缆载流量称为电缆长期允许载流量。

电缆长期允许载流量除了与电缆本身的材料与结构有关外，还取决于电缆的敷设方式和周围环境。

电缆长期允许载流量主要由以下三个因素决定：
（1）电缆的长期允许工作温度。

（2）电缆本身的散热性能。

（3）电缆装置情况及其周围的散热条件，电缆周围环境温度越高，则电缆的载流量越小。

1、电缆长期载流量计算公式（
2.4 电力电缆的载流量计算及其修正
2、常用电缆的长期载流量
敷设在空气中、土壤中的油浸纸绝缘铜、铝芯电缆，以及聚氯乙烯、交联聚乙烯铜、铝芯电缆，橡皮绝缘铝芯电缆的正常允许载流量分别列于表2-5—表2-9。

注意使用限定条件。

2.4 电力电缆的载流量计算及其修正
二、电缆长期载流量的修正
电缆的长期载流量并不是一个恒定值，与诸多因素有关。

公式中电缆导体的长期允许工作温度，电缆的周围环境温度、导体截面积等均会影响长期载流量的数值。

所以，在设计实际电缆线路时，一定要根据实际使用情况对长期载流量进行修正。

1、电缆周围环境温度的修正
2、导体截面积A的修正
3、导体材料电阻率ρ的修正
4、电缆周围环境热阻G的修正
5、并列敷设根数n的修正
2.4 电力电缆的载流量计算及其修正
二、电缆长期载流量的修正
1、电缆周围环境温度的修正
环境温度是指在正常情况下敷设电缆的场所周围环境介质（空气、土壤）的温度。

因此，电缆敷设的环境不同，其电缆的长期载流量是不同的。

电缆周围环境温度θ0发生变化时，电缆的长期允许载流量也随之改变。

θ0越高，则电缆载流量越小。

因此，同一根电缆，在夏季的载流量变小，而在冬季的载流量可以大一些。

二、电缆长期载流量的修正
二、电缆长期载流量的修正
二、电缆长期载流量的修正
4、电缆周围环境热阻G 的修正
2.4 电力电缆的载流量计算及其修正
二、电缆长期载流量的修正
电缆周围环境热阻G 越大，电缆散热情况越差，电缆的长期允许载流量就越小。

我国的东北、华北等地区的土壤热阻系数为100~200 ºC ·cm/W ；华东、华南等潮湿地区土壤的热阻系数不大于80 ºC ·cm/W ；山区及丘陵地区属于干燥地区，土壤的热阻系数为200~300 ºC ·cm/W 。

若其他条件相同，敷设在土壤热阻系数较大地区的电缆长期允许载流量较小；反之较大。

不同土壤的特征、热阻系数及其载流量修正系数参见表2-11。

电缆并列敷设时，电缆产生的热量更难发散，因而载流量较正常情况要小一些，并列电缆的根数越多，则电缆的长期允许载流量修正系数就越小。

直埋和空气中并列敷设的电力电缆，其长期允许载流量修正系数见表2-12 和表2-13。

5、并列敷设根数n 的修正
2.4 电力电缆的载流量计算及其修正
二、电缆长期载流量的修正
电缆的长期允许载流量经修正后应为：
例1：
例2：
例3：现有两根电缆
设有三根电缆
YJLW02
YJLW02—64/110—1×800mm2电缆型号进行载流量计算
电缆的敷设条件为：
土壤埋深：700mm；
土壤温度：20；
电缆间距：250mm。

根据以上的数据通过IEC60287标准提供的载流量计算公式进行计算高压敷设载流量。

单位
数据
导体与金属护套间绝缘层热阻
K·m/W
0金属护套与铠装层之间内衬层热阻
电缆载流量的数值计算方法——有限元模拟
边界条件：深层土壤边界属于第一类边界条件，边界温度即为深层土壤温度；左、右土壤边界属于第二类边界条件，其水平温度梯度为0；地表边界对流换热系数和空气温度已知，符合第三类边界条件。

有限元模拟结果
载流量I=823.2A
思考题
1、电缆工作温度过高对电缆有哪些影响？
2、电缆的损耗主要包括哪几方面？
3、什么是电缆长期允许载流量？决定电缆长期允许载流量的因素有哪些？
4、为什么要对电缆长期允许载流量进行修正？电缆长期允许载流量进行修正时考虑哪些因素？
5、设有三根电缆VV22—3.6/6 3×120电缆并列直埋地下，邻近电缆间净距为200mm，土壤热阻系数为200 ºC·cm/W，当土壤温度为15 ºC时，求其最大允许载流量。