高压XLPE电缆金属护套环流的计算分析
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直接 6. 89/ 6. 46 6. 89/ 6. 71 6. 89/ 6. 83
3
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表 2 给出了上述两种型号电缆金属护套上 各节点的环流计算与实测结果。表 2 中接地 类型 中的 / 保护0 和 / 直 接0 分别指 金属护 套两端经护层保护器接地和中间直接接地。
1. 2 感应电流计算模型
A、B、C 三相电缆 单位长 度金属 护套上
的感应电势为:
UÛsa= - jÛIa X 1+ jIÛc Xa
UÛsb= - jIÛaX 1+ jÛIcX 3
( 3)
UÛsc= - jÛIc X 3+ jIÛa Xb
2008 年第 3 期
浙江电力
61
图 1 电容电流计算说明 图
表 1 电缆结 构参数与长度
型号
1号 2号
线芯直径/ mm 绝缘层厚度 /mm
26. 5
17. 5
42. 2
24. 0
长度/ m
1 115 942
表 2 电缆金属 护套环流计算与实 测结果 A
型号 节点
接地 类型
计算环流 /实测环流
IA
IB
IC
1
保护
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0. 00
1号
2
直接 3. 68/ 3. 54 3. 68/ 3. 55 3. 68/ 3. 55
感抗分别为:
X 1= 2 XlnD2ss1 @ 10- 7
X 3= 2 XlnD2ss2 @ 10- 7
( 4)
Xa=
2
Xln
s s
3 1
@
10- 7
Xb=
2
Xlnss
3 2
@ 10-
7
式中: D s 为电缆护套平均直径; s 1、 s 2、 s 3 为 电缆 AB、BC、CA 相间距。
金属护套上各 段的感应电 势相当于串 联
式 下电缆金属 护套环流的 计算和实测结 果, 讨论了 金属护套环 流计算结果 的影响因素。
关 键词: XLPE 电缆 ; 金属护套; 电容电流; 感应电流; 环流
中 图分类号: TM247
文献标 识码: B
文章编 号: 1007- 1881( 2008) 03- 0060- 03
高压交联聚 乙烯绝缘电缆( XLPE) 在正 常 运行情况下, 电缆金属护套上会产生环流。 金属护套环流包含 电容电流和 感应电流两 个 组成部分。当金属护套环流过大时, 不仅会 导致电缆主绝缘和护套绝缘的加速老化, 降 低电缆的使用寿命, 而且会影响电缆的载流 量 [ 1, 2]。因此, 定量计算和研究高压 XLPE 电 缆金属护套环流对 保障电缆的 正常运行具 有
X s= 2 Xln2Dss @ 10- 7
( 6)
对于金属护套单端接地的情况, 因为只 存在一个直接接地点, 未构成感应电流的回
路, 金属护套中环流只包含电容电流; 对于 交叉互联接地的情况, 金属护套的环流等于 电容电流与感应电流的矢量和, 在工程计算 中可以近似认为它们的夹角为系统功率角。
2 计算结果与分析
7
直接
9. 4/ 16. 34
10. 15/ 6. 75 7. 22/ 9. 91 7. 44/ 7. 29 18. 72/ 18. 3 7. 22/ 7. 9 7. 44/ 5. 71 7. 44/ 1. 29
7. 07/ 20. 3 11. 05/ 20. 3 10. 77/ 5. 76 17. 8/ 14. 81 11. 05/ 12. 3 10. 77/ 16. 2 10. 77/ 5. 06
20) ]
( 5)
式中: Qs 为电缆金 属护套材 料的电阻率 ; A s 为电缆金属护套的 截面积; As 为电缆金属 护
套材料的温度系数; H为导体工作温
度, e ; G 为金属护套的温度相对于导体温 度的比率, 与绝缘热阻大小有关, 一般可取
( 0. 7~ 0. 8) 。
金属护套单位长度电抗为:
互联处的连接电阻, 计算结果将会更接近实 测结果。电缆之 间的相间距对 计算结果 也有 一定的影响, 3 号电缆直敷在电缆沟中, 电缆 各段的相间距并不能保证严格相等, 而且由 于电缆较长, 有些地方的相间距变化较大。
表 4 3 号电缆金属护套 环流计算与实测结 果 A
节点 接地类型
计算环流/ 实测环流
也不相同。对于单端接地情况, 各单位长度
段电缆电容电流是并联关系, 总电流应为各 单位长度电容电流之和, 所以单端接地情况
下金 属护套中流 过的电容 电流为单位 长度电
容电流与电缆长度的乘积。
对于交叉互联情况, 根据等效电路给出 了图 1 所示的电容电流计算图。假设 K 点为
电缆中任意一点, M 点与 S 点均为电缆金属
( 1)
IÛcc= j XC UÛc
式中: IÛca、ÛIcb、IÛcc 为 A、 B、 C 三相电缆单位长
度的电容电流, A/ m; ÛUa、ÛUb、UÛc 为 A、 B、 C
三相电缆的相电压; X为角频率; C 为单位
长度电容。
单端接地和交 叉互联两种 接地情况下 电
容电流回路的等效电路不同, 所以计算模型
表 4 和表 5 分别给出了 3 号、4 号电缆各 个节 点 金 属 护 套 环 流 的理 论 计 算 值 和 实 测
值, 表中交叉互联节点处的电流是指金属护 套换位连接线上的电流。
从表 4、 表 5 可以 看出 , 110 kV 与 220 kV 电缆在交叉互联情况下的多个节点的计算 结果与实测结果存在较大差距, 这是因为影 响感应电流的因素较多, 而金属护套回路的 电阻因素对计算结果的影响很大, 如果能采 取有效的方法准 确测量电缆接 地电阻、 交叉
从表 2 可以看出, 对于单点接地情况, 110 kV 与 220 kV 电缆金属护套环流计算结果 与实测结果十分接近, 最大误差小于 7% 。 2. 2 交叉互联接地
以某电缆厂生产的 YJLW03- 64/ 110 kV-
62
黄宏新, 等: 高压 XLPE 电缆金属护套环流的计算分析
2008 年第 3 期
IA
IB
IC
1
直接
3. 17/ 3. 20
2 交叉互联 2. 83/ 4. 60
3 交叉互联 3. 45/ 5. 70
4
直接
2. 91/ 3. 90
3. 11/ 6. 06 2. 55/ 4. 50 2. 27/ 2. 85 3. 13/ 3. 15
2. 76/ 4. 00 3. 84/ 4. 20 3. 43/ 4. 56 2. 98/ 5. 85
黄宏新 1, 何 建 1, 罗进圣 1, 陈小林 2, 成永红 2
( 1. 杭州市电力局, 杭州 310009; 2. 西安交通大学, 西安 710049)
摘 要: 分析高 压 XLPE 电缆金 属护 套中环 流的 组成, 介绍了 电缆 金属护 套中 电容电 流、 感应 电势 、
感 应电流 的计算模 型, 比 较了典型 110 kV、 220 kV 高压电 缆在单 端接地和 交叉互 联接地两 种接地 方
( 2) 金属护套交叉互联接地时, 电缆金属 护套 的环流等 于电容电流 与感应电 流的矢量 和, 计算模型较为复杂, 影响因素较多, 如 电缆 敷设方式、 电缆结构 、负荷电流 大小、 接地电阻、交叉互联处的连接电阻等, 各项 参数 取值的偏 差会导致计 算值与实 测值存在 较大偏差, 但理论计算仍可以作为电缆运行 状况的重要参考依据( 应为同一数量级) 。
( 3) 根据计算分析可知, 正常情况下高压 电缆环流应处于一个相对稳定的数值, 除非
( 下转第 71 页)
2008 年第 3 期
葛群波: 基于 GPRS 和低压载波技术的集中抄表系统
71
象。 表箱有空间安装集 中抄表系统 采集终端
设备。配置 16 路数据采集单元 18 个。 外张村由 6 个变压器供电, 用户电表数
共 740 只, 电 表安装方 式为一 户一表 、分散 安装 , 其中有 23 只用户电 表为临时用 户( 暂 不予 以采集) ; 合计采集 电表数量为 717, 配 置单路数据采集单元及表箱各 717 个。
系统投运后, 应用效果主要体现在以下 几个方面:
此外, 在计算过程中每个交叉互联段电缆的 长度取相等的值, 而实际敷设的电缆每个交 叉互联段电缆长度并不完全相等, 这对计算 结果也有一定的影响。
3 结论
( 1) 高压电缆金属护 套单点接地 时, 环流 来自于电容电流, 电流大小由电缆的结构参 数和长度决定, 与电缆负荷大小无关; 该情 况下 环流计算 结果与电缆 正常状况 下的实测 结果几乎一致。
表 5 4 号电缆金 属护套环流计算与 实测结果 A
节点 接地类型
计算环流/ 实测环流
IA
IB
IC
1
直接
10. 4/ 8. 84
2 交叉互联 9. 45/ 5. 33
3 交叉互联 9. 4/ 17. 33
4
直接
18. 7/ 20. 1
5 交叉互联 9. 45/ 8. 33
6 交叉互联 9. 4/ 5. 31
根据电缆金属护套环流计算模型, 分别 以 110 kV、220 kV 电缆为 例, 给出了 在金属 护套 单端接地和 交叉互联 接地两种情 况下的
金属护套环流。 2. 1 单端接地
金属护套单端接地时, 金属护套中的环 流就等于电缆的电容电流。表 1 给出了某电 缆厂生产的 YJLW03- 64/ 110 kV- 1 @ 400 mm2 ( 表中 1 号电缆) 和 YJLW03- 127/ 220 kV- 1 @ 1 000 mm2( 表中 2 号电缆) 的线芯直 径、绝缘 厚度, 以及电缆长度等参数。
关系, 整根电缆金属护套上的感应电势为单 位长度感应电势与 长度的乘积 。金属护套 上
的感 应 电 流 等 于 感 应电 势 除 以 回 路 中 的 阻
抗, 该阻抗应包括接地电阻、金属护套的阻
抗, 以及金属护套交叉互联时的连接电阻。 金属护套单位长度电阻为:
R s1=
Qs As
[
1+
As( H@
G-
1 @ 500 mm2( 表 3 中 3 号 电 缆 ) 和 YJLW03 127/ 220 kV- 1 @ 1 600 mm2( 表 3 中 4 号电缆 ) 为例, 给出了高压 XLPE 电缆在交叉互联情况 下金属护套环流的计算结果。表 3 为这两种 型号电缆的结构 参数、电缆长 度以及负 荷电
流等参数。
浙 江电 力
60
ZHEJIANG ELECTRIC POWER
2008 年第 3 期
高压 XLPE 电缆金属护套环流的计算分析
Calculation and Analysis of Ci rculating Current in Metalli c Sheath for Hi gh- voltage XLPE Cables
表 3 电缆 结构参数与长度
型号 线芯直径/mm 绝缘层厚度/ mm 长度/ m
3号
30. 0
4号
53. 1
17. 5
1 316
24. 0
2 912
负荷/ A
61 408
3 号电缆平行敷设, 相邻电缆的敷设距 离约为 100 mm。 4 号电缆以等 腰直角三 角形 方式敷设, 直角腰长为 350 mm, 该回电缆敷 设长度较长, 在敷设时将电缆分为 6 段, 采 用两个交叉互联 段敷设。根据 感应电流 的计 算模型, 在已知电缆长度、负荷电流、辐射 相距等参数时, 可以计算出电缆的感应电 势。实际运行中, 电缆金属护套回路阻抗包 括接地电阻、金 属护套阻抗、 金属护套 交叉 互联处的连接电阻, 计算和测量该部分阻抗 值均不易 实现。本文 按式( 5) 、( 6) 计算金 属 护套的电阻和电抗, 接地电阻、交叉互联处 的连接电阻取估计值 0. 1 8 。此外, 计算电容 电流和感应电流的矢量和时, 取功率因数为 0. 95 进行近似计算。
护套的接地点, 电容电流将会根据 KM 段阻抗 与 KS 段阻抗, 按照并联关系进行分配电流,
其等效电路如图 1( b) 所示, KM 段和 KS 段的
电容电流分别为:
IÛ1=
RKN+ RNS R MK+ RKN+ RNS
@ IÛc
( 2)
IÛ2=
R MK+
RMK RKN+
RNS
@ IÛc
式中各参数所表示的意义如图 1( b) 所示。
重要意义。
1 计算的理论模型
1. 1 电容电流计算模型
由于 XLPE 绝缘层的绝缘电阻非常大, 大
约在 10 13~ 10 158 / m 数量级, 所以在计算电容 电流时可以忽略泄漏电流的影响, 从而得到电
缆三相金属护套上单位长度的电容电流为:
IÛca= j XCUÛa
IÛcb= j XC UÛb
3
保护
0. 00
0. 00
0. 00
1
保护
0. 00
0. 00
0. 00
2号
2
直接 6. 89/ 6. 46 6. 89/ 6. 71 6. 89/ 6. 83
3
保护
0. 00
0. 00
0. 00
表 2 给出了上述两种型号电缆金属护套上 各节点的环流计算与实测结果。表 2 中接地 类型 中的 / 保护0 和 / 直 接0 分别指 金属护 套两端经护层保护器接地和中间直接接地。
1. 2 感应电流计算模型
A、B、C 三相电缆 单位长 度金属 护套上
的感应电势为:
UÛsa= - jÛIa X 1+ jIÛc Xa
UÛsb= - jIÛaX 1+ jÛIcX 3
( 3)
UÛsc= - jÛIc X 3+ jIÛa Xb
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图 1 电容电流计算说明 图
表 1 电缆结 构参数与长度
型号
1号 2号
线芯直径/ mm 绝缘层厚度 /mm
26. 5
17. 5
42. 2
24. 0
长度/ m
1 115 942
表 2 电缆金属 护套环流计算与实 测结果 A
型号 节点
接地 类型
计算环流 /实测环流
IA
IB
IC
1
保护
0. 00
0. 00
0. 00
1号
2
直接 3. 68/ 3. 54 3. 68/ 3. 55 3. 68/ 3. 55
感抗分别为:
X 1= 2 XlnD2ss1 @ 10- 7
X 3= 2 XlnD2ss2 @ 10- 7
( 4)
Xa=
2
Xln
s s
3 1
@
10- 7
Xb=
2
Xlnss
3 2
@ 10-
7
式中: D s 为电缆护套平均直径; s 1、 s 2、 s 3 为 电缆 AB、BC、CA 相间距。
金属护套上各 段的感应电 势相当于串 联
式 下电缆金属 护套环流的 计算和实测结 果, 讨论了 金属护套环 流计算结果 的影响因素。
关 键词: XLPE 电缆 ; 金属护套; 电容电流; 感应电流; 环流
中 图分类号: TM247
文献标 识码: B
文章编 号: 1007- 1881( 2008) 03- 0060- 03
高压交联聚 乙烯绝缘电缆( XLPE) 在正 常 运行情况下, 电缆金属护套上会产生环流。 金属护套环流包含 电容电流和 感应电流两 个 组成部分。当金属护套环流过大时, 不仅会 导致电缆主绝缘和护套绝缘的加速老化, 降 低电缆的使用寿命, 而且会影响电缆的载流 量 [ 1, 2]。因此, 定量计算和研究高压 XLPE 电 缆金属护套环流对 保障电缆的 正常运行具 有
X s= 2 Xln2Dss @ 10- 7
( 6)
对于金属护套单端接地的情况, 因为只 存在一个直接接地点, 未构成感应电流的回
路, 金属护套中环流只包含电容电流; 对于 交叉互联接地的情况, 金属护套的环流等于 电容电流与感应电流的矢量和, 在工程计算 中可以近似认为它们的夹角为系统功率角。
2 计算结果与分析
7
直接
9. 4/ 16. 34
10. 15/ 6. 75 7. 22/ 9. 91 7. 44/ 7. 29 18. 72/ 18. 3 7. 22/ 7. 9 7. 44/ 5. 71 7. 44/ 1. 29
7. 07/ 20. 3 11. 05/ 20. 3 10. 77/ 5. 76 17. 8/ 14. 81 11. 05/ 12. 3 10. 77/ 16. 2 10. 77/ 5. 06
20) ]
( 5)
式中: Qs 为电缆金 属护套材 料的电阻率 ; A s 为电缆金属护套的 截面积; As 为电缆金属 护
套材料的温度系数; H为导体工作温
度, e ; G 为金属护套的温度相对于导体温 度的比率, 与绝缘热阻大小有关, 一般可取
( 0. 7~ 0. 8) 。
金属护套单位长度电抗为:
互联处的连接电阻, 计算结果将会更接近实 测结果。电缆之 间的相间距对 计算结果 也有 一定的影响, 3 号电缆直敷在电缆沟中, 电缆 各段的相间距并不能保证严格相等, 而且由 于电缆较长, 有些地方的相间距变化较大。
表 4 3 号电缆金属护套 环流计算与实测结 果 A
节点 接地类型
计算环流/ 实测环流
也不相同。对于单端接地情况, 各单位长度
段电缆电容电流是并联关系, 总电流应为各 单位长度电容电流之和, 所以单端接地情况
下金 属护套中流 过的电容 电流为单位 长度电
容电流与电缆长度的乘积。
对于交叉互联情况, 根据等效电路给出 了图 1 所示的电容电流计算图。假设 K 点为
电缆中任意一点, M 点与 S 点均为电缆金属
( 1)
IÛcc= j XC UÛc
式中: IÛca、ÛIcb、IÛcc 为 A、 B、 C 三相电缆单位长
度的电容电流, A/ m; ÛUa、ÛUb、UÛc 为 A、 B、 C
三相电缆的相电压; X为角频率; C 为单位
长度电容。
单端接地和交 叉互联两种 接地情况下 电
容电流回路的等效电路不同, 所以计算模型
表 4 和表 5 分别给出了 3 号、4 号电缆各 个节 点 金 属 护 套 环 流 的理 论 计 算 值 和 实 测
值, 表中交叉互联节点处的电流是指金属护 套换位连接线上的电流。
从表 4、 表 5 可以 看出 , 110 kV 与 220 kV 电缆在交叉互联情况下的多个节点的计算 结果与实测结果存在较大差距, 这是因为影 响感应电流的因素较多, 而金属护套回路的 电阻因素对计算结果的影响很大, 如果能采 取有效的方法准 确测量电缆接 地电阻、 交叉
从表 2 可以看出, 对于单点接地情况, 110 kV 与 220 kV 电缆金属护套环流计算结果 与实测结果十分接近, 最大误差小于 7% 。 2. 2 交叉互联接地
以某电缆厂生产的 YJLW03- 64/ 110 kV-
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1
直接
3. 17/ 3. 20
2 交叉互联 2. 83/ 4. 60
3 交叉互联 3. 45/ 5. 70
4
直接
2. 91/ 3. 90
3. 11/ 6. 06 2. 55/ 4. 50 2. 27/ 2. 85 3. 13/ 3. 15
2. 76/ 4. 00 3. 84/ 4. 20 3. 43/ 4. 56 2. 98/ 5. 85
黄宏新 1, 何 建 1, 罗进圣 1, 陈小林 2, 成永红 2
( 1. 杭州市电力局, 杭州 310009; 2. 西安交通大学, 西安 710049)
摘 要: 分析高 压 XLPE 电缆金 属护 套中环 流的 组成, 介绍了 电缆 金属护 套中 电容电 流、 感应 电势 、
感 应电流 的计算模 型, 比 较了典型 110 kV、 220 kV 高压电 缆在单 端接地和 交叉互 联接地两 种接地 方
( 2) 金属护套交叉互联接地时, 电缆金属 护套 的环流等 于电容电流 与感应电 流的矢量 和, 计算模型较为复杂, 影响因素较多, 如 电缆 敷设方式、 电缆结构 、负荷电流 大小、 接地电阻、交叉互联处的连接电阻等, 各项 参数 取值的偏 差会导致计 算值与实 测值存在 较大偏差, 但理论计算仍可以作为电缆运行 状况的重要参考依据( 应为同一数量级) 。
( 3) 根据计算分析可知, 正常情况下高压 电缆环流应处于一个相对稳定的数值, 除非
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象。 表箱有空间安装集 中抄表系统 采集终端
设备。配置 16 路数据采集单元 18 个。 外张村由 6 个变压器供电, 用户电表数
共 740 只, 电 表安装方 式为一 户一表 、分散 安装 , 其中有 23 只用户电 表为临时用 户( 暂 不予 以采集) ; 合计采集 电表数量为 717, 配 置单路数据采集单元及表箱各 717 个。
系统投运后, 应用效果主要体现在以下 几个方面:
此外, 在计算过程中每个交叉互联段电缆的 长度取相等的值, 而实际敷设的电缆每个交 叉互联段电缆长度并不完全相等, 这对计算 结果也有一定的影响。
3 结论
( 1) 高压电缆金属护 套单点接地 时, 环流 来自于电容电流, 电流大小由电缆的结构参 数和长度决定, 与电缆负荷大小无关; 该情 况下 环流计算 结果与电缆 正常状况 下的实测 结果几乎一致。
表 5 4 号电缆金 属护套环流计算与 实测结果 A
节点 接地类型
计算环流/ 实测环流
IA
IB
IC
1
直接
10. 4/ 8. 84
2 交叉互联 9. 45/ 5. 33
3 交叉互联 9. 4/ 17. 33
4
直接
18. 7/ 20. 1
5 交叉互联 9. 45/ 8. 33
6 交叉互联 9. 4/ 5. 31
根据电缆金属护套环流计算模型, 分别 以 110 kV、220 kV 电缆为 例, 给出了 在金属 护套 单端接地和 交叉互联 接地两种情 况下的
金属护套环流。 2. 1 单端接地
金属护套单端接地时, 金属护套中的环 流就等于电缆的电容电流。表 1 给出了某电 缆厂生产的 YJLW03- 64/ 110 kV- 1 @ 400 mm2 ( 表中 1 号电缆) 和 YJLW03- 127/ 220 kV- 1 @ 1 000 mm2( 表中 2 号电缆) 的线芯直 径、绝缘 厚度, 以及电缆长度等参数。
关系, 整根电缆金属护套上的感应电势为单 位长度感应电势与 长度的乘积 。金属护套 上
的感 应 电 流 等 于 感 应电 势 除 以 回 路 中 的 阻
抗, 该阻抗应包括接地电阻、金属护套的阻
抗, 以及金属护套交叉互联时的连接电阻。 金属护套单位长度电阻为:
R s1=
Qs As
[
1+
As( H@
G-
1 @ 500 mm2( 表 3 中 3 号 电 缆 ) 和 YJLW03 127/ 220 kV- 1 @ 1 600 mm2( 表 3 中 4 号电缆 ) 为例, 给出了高压 XLPE 电缆在交叉互联情况 下金属护套环流的计算结果。表 3 为这两种 型号电缆的结构 参数、电缆长 度以及负 荷电
流等参数。
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Calculation and Analysis of Ci rculating Current in Metalli c Sheath for Hi gh- voltage XLPE Cables
表 3 电缆 结构参数与长度
型号 线芯直径/mm 绝缘层厚度/ mm 长度/ m
3号
30. 0
4号
53. 1
17. 5
1 316
24. 0
2 912
负荷/ A
61 408
3 号电缆平行敷设, 相邻电缆的敷设距 离约为 100 mm。 4 号电缆以等 腰直角三 角形 方式敷设, 直角腰长为 350 mm, 该回电缆敷 设长度较长, 在敷设时将电缆分为 6 段, 采 用两个交叉互联 段敷设。根据 感应电流 的计 算模型, 在已知电缆长度、负荷电流、辐射 相距等参数时, 可以计算出电缆的感应电 势。实际运行中, 电缆金属护套回路阻抗包 括接地电阻、金 属护套阻抗、 金属护套 交叉 互联处的连接电阻, 计算和测量该部分阻抗 值均不易 实现。本文 按式( 5) 、( 6) 计算金 属 护套的电阻和电抗, 接地电阻、交叉互联处 的连接电阻取估计值 0. 1 8 。此外, 计算电容 电流和感应电流的矢量和时, 取功率因数为 0. 95 进行近似计算。
护套的接地点, 电容电流将会根据 KM 段阻抗 与 KS 段阻抗, 按照并联关系进行分配电流,
其等效电路如图 1( b) 所示, KM 段和 KS 段的
电容电流分别为:
IÛ1=
RKN+ RNS R MK+ RKN+ RNS
@ IÛc
( 2)
IÛ2=
R MK+
RMK RKN+
RNS
@ IÛc
式中各参数所表示的意义如图 1( b) 所示。
重要意义。
1 计算的理论模型
1. 1 电容电流计算模型
由于 XLPE 绝缘层的绝缘电阻非常大, 大
约在 10 13~ 10 158 / m 数量级, 所以在计算电容 电流时可以忽略泄漏电流的影响, 从而得到电
缆三相金属护套上单位长度的电容电流为:
IÛca= j XCUÛa
IÛcb= j XC UÛb