電流負荷能力的計算

由于電纜在導線內(nèi)以及(如果是交流運行)在金屬護套內(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。穩(wěn)定狀態(tài)下， 散熱等于電纜內(nèi)所有損耗之和。損耗熱通過傳熱到達電纜表面，而且在 架空敷設時，通過對流和輻射，向環(huán)境釋放。土壤中敷設時，電纜表面的 損耗熱是通過土壤進入周圍大氣。導線溫度與環(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。對此，電壓 U 與溫度上升△θL 相對應，電流 I 與熱流+相對應，電阻 R 與熱阻之和二 T 相對應；類似 U

= IR，得到

熱流 +是電纜內(nèi)產(chǎn)生的熱損耗 P/i 及與電壓有關的損耗 P/d 之和。 因此，熱量能由其產(chǎn)生地點到達周圍環(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) 。架空敷設時，由對流和輻 射進行的熱傳遞，可以用兩個并聯(lián)熱阻，電纜的其余熱阻用串聯(lián)；土壤中 敷設時，在這個位置上是土壤熱阻。

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

溫度 80，針對環(huán)境溫度 8U，分別高出 △8L 和 △80。

對于有 n 根有電流的芯線構成的電纜，其芯線的單位長度有效電阻 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 )

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

R/日r = R/20 [l + a20 (8Lr - 20)]

單位長度附加電阻

由于與電流強度有關的交流損耗，說明可測導線電阻增加。由于集 膚效應( ys )和鄰近效應( yP )，通過金屬護套、屏蔽同心導線內(nèi)的感應電流 和渦流(λl )，以及通過鎧裝內(nèi)的渦流和反復磁化(λ2 )，在導線內(nèi)產(chǎn)生了這 些損耗。如果把這些因數(shù)引進公式，則得到導線溫升值

△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)護套 r/2 和外護套 r/3。金屬結(jié)構 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，減少設計麻煩，引進了電纜假設 熱阻。由公式得到在考慮了電流熱損耗情況下的電纜假設熱阻 r/ Ki

+(l + λl ) r/2

l + λl + λ2

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

r/ l

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

由這些關系式得到，在允許工作溫度 8Lr和環(huán)境溫度 8U 時的負荷能力 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)。 下面就針對允許工作溫度 8Lr計算或說明有效電阻。

如果運行電壓 Ub 與電纜的額定電壓 U 差別很大，按公式計算介電 損耗時，就應以 Ub 代替 U。

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

30℃時得到的負荷能力為

8Lr - 30 - △8d

可見，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類型，或電纜聚積情況下的負荷能力，只能 通過換算因數(shù)計算。

土壤中敷設情況，環(huán)境熱阻 r'4 應使用土壤熱阻。當然在土壤干透和 周期性負載情況下，必需擴展公式。

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

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