1.18 影响电缆载流量的主要因素有哪些?

本文节选自《电力电缆安装运行技术问答》

1.18 怎样计算电缆的戴流量? 影响电缆载流量的主要因素有哪些?

  1.计算载流量的基本方法

  （1）假设条件。电缆载流量计算有两个假设条件，一是假定电缆导体中通过的电流是连续的恒定负载(即100%负载率)；二是假定在一定的敷设环境和运行条件下，电缆处于热稳定状态，即电缆加上负载后，导体温度逐渐上升到一个稳定值，这时电缆的发热和散热达到平衡。也就是说，导体、绝缘层和护层中产生损耗所发出的全部热量，能够及时地通过周围媒质散发，导体温度不超过最高允许工作温度。

  （2）等值热路图和载流量计算公式。在热稳定状态下，电缆中的热流（包括导体电流损耗、介质损耗、金属护层损耗）和电缆各部分热阻（含周围媒质热阻），在导体与周围媒质之间形成的热流场，可画成如图1-12所示的等值热路图。

  根据等值热路和热流场概念，由热流场富氏定律，可导出热流与温升、热阻的关系，即热流与温升成正比，与热阻成反比，各段的温升等于流过这段的热流乘以该段热阻。于是可得出以下热路方程

（

）

  将代入上式，经整理后得出电缆载流量的计算公式如下

  式中，为电缆载流量（A）；为最高长期工作温度（℃）；为媒质温度（℃）；为每相单位长度介质损耗（W/m）；，，为工频（50Hz），为单位长度电容（F/m），为电缆导体对地电压（V），为绝缘材料介质损耗角正切；为单位长度导体在温度时的电阻（/m）；

、

、

、

分别为电缆绝缘层、内衬层、外被层和周围媒质单位长度热阻[（m·K）/W]；

、

分别为金属护套和铠装层损耗系数；为在一个护层内所包含的电缆导体数（芯数）。

  单芯电缆绝缘层单位长度热阻，内衬层单位长度热阻和外被层单位长度热阻都可以用以下公式计算

  式中，分别为绝缘层、内衬层和外被层的热阻系数，分别为上述各层的外直径（m）；分别为上述各层的内直径（m）。

  直埋土壤中的电缆周围媒质单位长度热阻可用以下公式计算

  式中，为土壤热阻系数；L为电缆中心到地面的距离（m）；为电缆的外径（m）。

  金属外套和铠装层损耗系数、的计算公式可查考有关技术手册。

2. 影响电缆载流量的主要因素

  电缆载流量主要取决于两方面因素，即电缆本体的材料结构和它的敷设环境。属于前者的有导体最高允许温度，决定导体电阻大小的截面积和电阻率，各部分单位长度热阻

、

、

及介质损耗。属于敷设环境因素的有周围媒质温度，周围媒质单位长度热阻。现就

、

、

、

、

和的变化对载流量的影响，从定性的角度作如下分析。

  （1）导体最高允许工作温度越高，I越大。

  各种型式电缆允许最高工作温度列于表1-13

  （2）周围媒质温度越高，I越小。

  对于一条特定敷设条件下的电缆，当已知某一环境温度时的载流量，则可方便地计算任一环境温度时的载流量。

  从载流量计算公式可得出

则

  式中，为导体最高允许工作温度(℃)；为周围媒质温度。

  以=25℃为基准，在不同周围媒质温度时，载流量校正系数列于表1-14。

表1-14  不同周围媒质温度时载流量校正系数表

|周围温度（℃）

电缆导体长期允许工作温度（℃） -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40

90 1.21 1.18 1.14 1.11 1.07 1.04 1.0 0.96 0.92 0.88

80 1.24 1.20 1.17 1.13 1.09 1.04 1.0 0.90 0.90 0.85

75 1.26 1.22 1.18 1.14 1.10 1.05 1.0 0.89 0.89 0.84

70 1.29 1.25 1.20 1.15 1.11 1.05 1.0 0.88 0.88 0.82

65 1.32 1.28 1.22 1.17 1.12 1.06 1.0 0.87 0.87 0.79

60 1.37 1.31 1.25 1.20 1.13 1.07 1.0 0.85 0.85 0.76

50 1.48 1.41 1.34 1.26 1.18 1.09 1.0 0.77 0.77 0.63

  （3）导体截面积A越大，I越大，单位长度的导体电阻的计算式为

（

）

  式中----导体材料20℃时的电阻率（·m）；

  -----电阻的温度系数，1/℃。

  已知电缆的截面积及其他条件，可以计算出电缆载流量。反之，已知对电缆载流量的要求，也可按要求选择相应的电缆。

  4）导体材料的电阻率越大，I越小。

  在其他情况都相同时，载流量与导体材料的电阻的平方根反比。铝芯电缆的载流量比铜芯电缆的载流量小，其比例关系是

  即铝芯电缆载流量为相同截面铜芯电缆的78%，也即铜电缆载流量约比相同截面铝芯电缆的载流量大27%。

  （5）介质损耗越大，I越小。

  从公式可知，与电压的平方成正比，电压越高，介质损耗越大，对载流量的影响也就越大。计算表明，在35kV及以下电压等级，介质损耗可以忽略不计，但随着工作电压的升高，的影响就较显著。例如，110kV电缆介质损耗是导体损耗的11%；220kV电缆介质损耗是导体损耗的34%；330V电缆介质损耗是导体损耗的105%。因此，对于高压和超高压电缆，必须严格控制绝缘材料的。

  （6）周围媒质热阻越大，I越小。

  周围媒质热阻取决于电缆的敷设环境。下面以两种典型的敷设环境(直埋敷设和管道敷设)为例，分别说明周围媒质热阻对载流量的影响。

  1）电缆直接埋设于地下。电缆单根设时，电缆直接埋设于地下时的周围媒质热阻就是土壤热阻。其计算公式为:

  式中 ——土壤热阻系数；

    L——电缆埋设深度；

    ——电缆外径。

  在埋设深度确定后，土壤热阻取决于土壤热阻系数。土壤热阻系数与土壤的组成、物理状态和含水量有关。比较潮湿而紧密的土壤，=0.8(m·K)/W，一般土壤=1.0(m·K)W，比较干燥的土壤=1.2(m:K)/W，含砂石而且特别干燥的土壤=1.6~1.8(m·K)/W，敷设在水底被泥砂覆盖的电缆，其周围煤质热阻可取0.3(m·K)/W。

  降低土壤热阻系数，能够有效地提高电缆的载流量。必要时，可采用更换回填土措施，以有利于电缆的安全运行。具体做法是，在电缆周围换上热阻系数比较低的细土、中性细砂或搅拌水泥砂(砂:水泥=14:1)，砂应当过筛。更换回填土的宽度为整条电缆沟槽。先在沟底回填50～100mm厚并拍平；电缆敷设之后，回填至电缆表面向上150mm厚，然后盖上保护盖板。在保护盖板之上，再回填原来挖出的土，见图1-13。

  当多根电缆并列敷设在一起时，由于邻近电缆发热，将导致电缆载流量降低。一般可以用等效周围媒质热阻来考虑邻近电缆的热影响。于是可用下述计算公式表示：

  式中，F是周围电缆发热对电缆周围媒质热阻的增加系数。

  在实际工程计算中，考虑多根电缆并列对电缆载流量的影响，可以引入一个校正系数，以对直埋敷设电缆长期允许载流量进行校正，系数见表1-15。

表1-15     多跟电缆并列时载流量校正系数

|并列根数

电缆间净距（mm） 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

100 1.00 0.90 0.85 0.80 0.78 0.75 0.73 0.72 0.71 0.70 0.70 0.69

200 1.00 0.92 0.88 0.84 0.82 0.81 0.80 0.79 0.79 0.78 0.78 0.77

  2）电缆敷设在管道中。在城市电缆网中，采用管道敷设(又称排管敷设)方式，能够有效地解决城市道路的电缆通道问题。一般采用水泥纤维管、PVC波纹管或RMP塑料管作为衬管，然后外包钢筋混凝土。管道敷设的电缆的载流量比直接埋设在地下的要小，这是由于①管道敷设通常为12~21孔组合为一整体，邻近电缆运行发热，必将导致电缆等效周围媒质热阻增大；②管道敷设的周围媒质热阻，实际上是三部分热阻之和，即电缆表面到管道内壁的热阻、衬管热阻，以及管道的外部热阻，因此热阻增大。

  在一组管道中，每一个具体孔位，其周围媒质热阻也不一样。图1-14是一组3×4=12孔的电缆排管断面图。其中，A，B两孔包在其他10孔当中，其等效周围媒质热阻较大，一般不宜作为电力电缆的用孔，而用来敷设信号电缆或导引电缆。管道的周围环境，如地下水位的高低，管道内是否干燥，管孔的使用情况，穿越了什么类别的电缆等等，都会对电缆的载流量产生影响。