电力电缆短期允许载流量计算

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电力电缆短期允许负载电流的计算
刘 英 ，王 磊 ， 曹晓珑 ，徐西永。，纪卫。
(1．西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室，西安710049；
2．特变电工山东鲁能泰山电缆有限公司，新泰271200)
摘要：综合了空气中、直接埋地两种敷设下电力电缆短期允许负载电流的计算方法，研究了其中土壤划分区域
个数的选择、短时负载前电缆非满载运行下线芯温度的确定等问题并参考载流量计算中相关参数的确定方式，给
出了电缆在直埋更换回填土以及水泥槽中管道敷设情况下的短期负载电流计算公式，并以简单计算验证其正确
性。相关设计思想可供其它敷设方式的电缆短期负载电流计算参考。
关键词：电力电缆；短期负载电流；非满载运行；复杂敷设
中图分类号：TM726．4 文献标识码：A 文章编号：1003—6520(2005)11-0052—03
Calculation of Short—term Load-current for Power Cables
LIU Ying ，W ANG Lei ，CAO Xiaolong ，XU Xiyong。，jI Wei。
(1．State Key I aboratory of Electrical Insulation and Power Equipment，Xi’an Jiaotong University，
Xi’an 710049，China；2．TBEA Shangdong Imneng Taishan Cable LTD．，Xintai 271200，China)
Abstract：The calculation methods of short-term perm issible load—current for power cables laid in air and buried in
earth are introduced l and some relevant issues are studied，that is，the choice of the region number to divide the sur—
rounding soil and the determ ination of the cOre temperature for cables that is not fully loaded．Based on them，and
referring to the determ ination of parameters in current capacity as well，the methods to calculate the short-term load—
current for cables buried in earth with backfill soil and laid in pipes in cement duct are presented and certified by sim—
pie calculation instances． rhe design means can be extended to other laying conditions of power cables．
Key words：power cables；short—term load-current；non-full load；complex laying condition
0 引 言
电缆额定载流量确定可按国际电工委员会制定
的IEC60287标准进行E 引，而国内外相关人员的大
量研究成果可作为该标准的一个补充和完善E4~l1]。
电缆由于接地故障(短路)在极短时间(几s)内承受
的短路电流可根据IEC_949(1988)及IEC-986
(1989)的标准确定¨】。叫引。实际运行中由于各种原
因，确定电缆短期负载电流目前还未有成熟的标准，
用严格的数学方法计算太复杂，其公式也不符合日
常计算的要求。本文综合了现有的简单敷设情况下
电缆短期负载电流J。的计算方法，研究了其计算过
程中的相关问题，并对复杂敷设下的J。做了推广和
延伸，给出了电缆在现有常用敷设下Jz的计算方法
和经验公式，可供电力线路设计和运行部门参考，以
满足工程实际应用需要。
1 空气中敷设电缆
由于空气的热容一般可忽略，而电缆本体可由
一集中热阻 和一集中热容CT来表示，空气中敷
设的电缆其J。为EH
J2一(( 一 1)／rT(1一e-t，r)／R2+ R ／R2)) ／2，
式中，rT— T1+(1+ 1)r4，Cr—CTc+k(( i+
CT。)，r— rTCT，其中，r】、r4分别为绝缘层及电缆
表面至周围媒质热阻，Tt~cm； 为护套与线芯损耗
之比；C 、CTi、Cr。分别为线芯、绝缘层、护套热容，J／
cm。。C；k为常数，取0．5； 为电缆允许短期负载时
间，s；r为电缆等效时间常数，s；J 为过负载前流过
线芯电流，A； 、 分别为过负载前线芯及短期负
载线芯允许温度，。C；R 、Rz分别为单位长度线芯在
、 下的电阻，t~／cm。
2 直接埋地敷设电缆
确定敷设在土壤中的Jz时，可将电缆及其周围
媒质分成若干区域，每个区域的温度用一指数曲线
表示，电缆温升等于各区温升之和Ll 。通常下，电
缆本体分为线芯和绝缘层的一半与电缆的剩余部分
2个区域。若电缆为管道中敷设，则第1区域为线
芯和绝缘层，第2区域为电缆表面至管道外表面。
以周围土壤划分方式为第3个区域简要说明。
土壤第1区域的内径等于电缆外径D (对管道
敷设为管道外径)。电缆周围 一(PT ／2托)In(4L／
D )，式中PT 为土壤热阻系数，Tflcm；L为电缆敷
设深度，mm。由此土壤第3个区域的外径设定为
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2005年11月 高电压技术 第31卷第11期·53·
电缆敷设深度的4倍，即Da一4L。然后，将区间7【
(D；一D )／4按体积比1：4：16同心圆分成3个区
域，其它2个区域的外径分别为
D + D。 ／ A,'D2 D2+既
已知电缆结构参数及 及热容系数 ，后，即
可获得相应区域的 ～ ，f5，C ～C5及r1～ ，因此
一(忐 莓半 R1)) 。
《
媛
搭
躁
为求最佳周围土壤划分区域个数，对110 kV、
线芯截面积500 mm。的XI PE电缆，在单回路等边
三角形直埋敷设条件下(PT 一120 Tf~cm， ，一
2．52 J／cma。C，电缆敷设深度分别为720、1 500、
3 000 ram)，原jz为400 A，取不同的允许短期负载
t(36 000，6 000，600，60，6 s)在变化周围土壤划分
的个数，获得，z结果见图1。
2 3 4 5 6 2 3 4 5 6 2 3 4 5 6 2 3 4 5 6 2 3 4 5 6
土壤区域个数
+ 720mm；+ 1500mm；十3O00mm
图l 短期I2随周围土壤划分区域个数的变化
Fig．1 Relationship between the allowable short-term currents of cables and the zone numbe rs of the ambient soil
显然，划分区域越多，以指数曲线表示的电缆线
芯温度上升速度越快，因此，在同样的短期负载允许
线芯温度下，相应的，z就越小。由图1见，电缆敷
设越深，短期负载允许时间越短，土壤划分区域个数
对jz的影响越小。将土壤分为4个区域，计算得线
芯温升在较长时间能与实际情况较好吻合 叫 。
因此，建议计算时将土壤分为4个区。
3 直埋更换回填土敷设电缆
通常情况下已知回填土的PT ，而 未知。参
考这种情况下确定载流量时的 计算法，求取土
壤PT4一{) - jr 。 一{) - )e-w ，式中，{) - 食
别为更换回填土、原来土壤的热阻系数；w、H分别
为更换回填土部分的宽、高度，mm。
对同前的110 kV Xl PE电缆，在埋深720 mm，
允许时间6 s下，取回填土PT4—1．2 TI2cm，获得其
，z一9 507 A，与直埋时完全相同。这是由于此时回
填土 、 均与土壤相同，等价于直埋敷设情况。
若取回填土 =0．8 TI2cm，获得，2—9 655 A，显
著大于直埋敷设值。显然此时低热阻回填土发挥作
用，降低了线芯温升，使电缆获得了更大的，z。
4 水泥槽中敷设电缆
若电缆管道敷设于水泥槽中，可利用与回填情
况相似的方法处理，即首先求得带水泥槽的土壤等
效PT ，然后，完全按埋地敷设求解。
但是，水泥的P，为1．84 J／cma。C，与土壤有较
大差异，因此，将水泥槽作为一单独区域来处理，其
Do 4 ／7【，其中W和h分别为水泥槽的宽、高，
外部的土壤再分4个区，第1区域的内径变为D0。
对同前的110 kV XI PE电缆，在720 mm敷设
深度，允许时间6 s下，其，z按2种情况获得的值分
别为10 609和10 604 A。显然，第1方式将使获得
的结果偏大，为从电缆的实际安全运行考虑，建议采
用将水泥槽作为一单独区域处理。
另外，对回填情况，若已知回填土的 ，建议
将回填土部分作为一单独区域考虑。
5 过负载前线芯温度的确定
过负载前，电缆可满载运行，XI PE电缆通常为
85或90。C["]，其线芯温度 为工作温度。但出于
安全考虑或受电缆有限型号限制，电缆的实际运行
负荷， 小于其额定载流量，例如，本文算例中电缆
在过负载前均是非满载运行，其电流为400 A，小于
其额定载流量。此时，须想办法获得电缆在该电流
下线芯的温度。
由于已知运行温度的电缆载流量已有成熟的计
算方法，故用一子函数IcCalculate(0~，，。)实现，这个
函数的输人参数为电缆允许运行温度 ，输出为该
温度下的允许载流量，。，再用逐次逼近法求取电缆
在某一过负载前运行电流下的线芯温度。
首先，设定温度上限 为电缆允许长期运行温
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· 54 ·Nov．2005 High Voltage
度 ，温度下限 为环境温度 ，将其平均值作为
，并将计算获得的J 与J 比较，若其差值的绝对
值大于设定值(由该设定值来限定计算精度，此处取
1)，根据J 与J 的相对大小，给 和 重新赋值，
重复以上计算，直到J 与J 的差的绝对值小于设
定值为止。这样，获得了电缆在非满载的负载j

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