CN101692110A - 电缆组合绝缘热阻确定方法及电缆载流量计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出电缆组合绝缘的概念，并给出电缆组合绝缘热阻的确定方法，该电缆组合绝缘包括了导体至金属护套之间的各层，即将导体至金属护套之间的各层视作一个整体，并通过对敷设试验中的电缆施以不同的恒定电流值，根据不同的恒定电流值情况下所测得的导体温度值、金属护套温度值，并结合恒定电流值、导体的电阻值等确定出电缆组合绝缘热阻推荐值，该电缆组合绝缘热阻推荐值是综合考虑了导体至金属护套之间的各层材料所得出的参数值，因此更接近于该电缆实际的绝缘热阻情况，从而在根据该电缆组合绝缘热阻推荐值推导计算电缆载流量时，所得到的电缆载流量也更精确。

Description

电缆组合绝缘热阻确定方法及电缆载流量计算方法

技术领域

本发明涉及电力电缆技术领域，特别涉及一种电缆组合绝缘热阻确定方法以及电缆载流量计算方法。

背景技术

在电力电缆技术领域，考虑到电缆载流量的重要性，具体表现在，电力设计部门根据电缆载流量对电缆进行选型和电缆线路设计，运行部分根据电缆载流量对电缆线路的负荷进行控制，因此，电缆载流量的准确计算和确定尤为重要。在现有技术中的计算电缆载流量的方式中，其中一个需要应用到的参数为绝缘热阻，根据IEC60287标准中所给出的方式，导体到金属护套之间的部分，包括有导体屏蔽、交联聚乙烯绝缘、绝缘屏蔽、半导体带、纵向阻水带等等，其热阻是将其作为同心圆柱体来进行计算的。在电缆载流量的工程计算方式中，绝缘热阻的计算公式为：T₁＝ρ*ln(1+2t₁/d_c)/2π，其中公式中的T₁表示绝缘热阻，ρ表示绝缘材料热阻系数，t₁表示导体和金属护套之间的厚度，d_c表示导体直径，以XLPE绝缘电缆为例，目前ρ统一采用XLPE绝缘材料的热阻系数3.5K·m/W来计算绝缘热阻。实际上，一般高压电缆采用皱纹金属护套，该部分并非同心圆柱体结构，此外，XLPE的热阻系数与其运行温度的关系很大，尤其是在运行温度为80℃～120℃的范围，XLPE的热阻系数并非恒为3.5K·m/W，此外，导体到金属护套之间的部分，并非只有XLPE绝缘，还包括有缓冲带、阻水带、空气隙等等，其热阻系数一般远大于3.5K·m/W，因此绝缘热阻的计算是不精确的，根据绝缘热阻所得到的电缆载流量也是不精确的。

发明内容

针对上述现有技术中所存在的问题，本发明提出电缆组合绝缘的概念，并提供一种电缆组合绝缘热阻的确定方法以及电缆载流量的计算方法，根据该电缆组合绝缘热阻值所得到的电缆载流量更精确。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种电缆组合绝缘热阻的确定方法，包括步骤：

分别设定各恒定电流值，并分别对敷设后的所述电缆施加该恒定电流值；

分别测量并记录所述电缆的运行状态到达稳态后的导体温度值、金属护套温度值；

分别根据所述恒定电流值、所述导体温度值、所述金属护套温度值、以及所述电缆的交流电阻值，计算确定出对应的电缆组合绝缘热阻值；

根据各导体温度值对应的各所述电缆组合绝缘热阻值，确定所述电缆的电缆组合绝缘热阻推荐值。

一种电缆载流量计算方法，包括步骤：

根据所述电缆主绝缘长期允许最高工作温度，确定载流量计算所用组合绝缘热阻推荐值；

根据所述电缆组合绝缘热阻推荐值确定电缆载流量；

所述电缆组合绝缘热阻推荐值的确定方式包括：

分别设定各恒定电流值，并分别对敷设后的所述电缆施加该恒定电流值；

分别测量并记录所述电缆的运行状态到达稳态后的导体温度值、金属护套温度值；

分别根据所述恒定电流值、所述导体温度值、所述金属护套温度值、所述电缆的交流电阻值，计算确定出对应的电缆组合绝缘热阻值；

根据各导体温度值对应的各所述电缆组合绝缘热阻值，确定所述电缆的电缆组合绝缘热阻推荐值。

根据本发明的方案，本发明提出了电缆组合绝缘的概念，该电缆组合绝缘包括了导体至金属护套之间的各层，即将导体至金属护套之间的各层视作一个整体，并通过对敷设试验中的电缆施以不同的恒定电流值，根据不同的恒定电流值情况下的导体温度值、金属护套温度值、导体的直流电阻值等确定出电缆组合绝缘热阻推荐值，该电缆组合绝缘热阻推荐值是综合考虑了导体至金属护套之间的各层材料所得出的参数值，因此更接近于该电缆实际的绝缘热阻情况，从而在根据该电缆组合绝缘热阻推荐值推导计算电缆载流量时，所得到的电缆载流量也更精确。

附图说明

图1是本发明的电缆组合绝缘热阻的确定方法的流程示意图；

图2是其中一个具体试验中的组合绝缘等值热阻与导体温度的拟合曲线示意图。

具体实施方式

考虑到交联聚乙烯绝缘材料与温度的强相关性、皱纹护套电缆的不规则结构、金属护套内气隙的存在、以及缓冲层阻水带等材料的热阻系数与主绝缘的较大的差异，本发明提出组合绝缘的概念，即将导体至金属护套之间的各层当做一个整体，用该整体的热阻来表达其在电缆散热中的作用，以期实现电缆载流量的准确计算。

为了得到电缆的组合绝缘热阻值，本发明建议在电缆出厂时通过截取一段电缆进行单根电缆的空气敷设、直埋敷设温升试验，通过试验获得组合绝缘热阻推荐值，作为电缆的基本参数存档，在电缆投入使用后进行电缆载流量的计算时，可以直接采用组合绝缘热阻推荐值，从而可以实现电缆载流量的准确计算，这种方式很好地切合了工程实际，可操作性强，从而为解决工程实际问题提出了很好的思路。

参考图1所示，是本发明所推荐的电缆出厂时对电缆组合绝缘热阻进行确定的确定方法的流程示意图，其包括步骤：

步骤S101：分别设定恒定电流值，并分别对敷设的电缆施加该恒定电流值，进入步骤S102；

步骤S102：分别测量并记录该电缆的运行状态到达稳态后的导体温度值、金属护套温度值，进入步骤S103；

步骤S103：分别根据各恒定电流值、导体温度值、金属护套温度值以及电缆导体的交流电阻值，计算确定出对应的电缆组合绝缘热阻值，进入步骤S104；

步骤S104：根据各导体温度值、电缆组合绝缘热阻值，确定该电缆的电缆组合绝缘热阻推荐值。

其中，上述根据恒定电流值、导体温度值、金属护套温度值、导体交流电阻值，计算确定对应的电缆组合绝缘热阻值时，考虑到电缆在通有交流电流时的交流电阻与其未运行状态下的直流电阻值有所差异，而对于厂家而言，尽管在电缆运行过程中、进入稳态之后测量其交流电阻值可以实现但却需要更大的成本，或者虽然可以是测得试验中的交流电阻值后将其换算为试验时导体温度值对应的交流电阻值，但是，在这种大型试验应用的情况下，对运行状态中的电缆的交流电阻值的测量有一定的困难且需要较大的成本，因此，通常考虑在将电缆敷设之前或者是电缆敷设后、未对其通以电流之前测其直流电阻值，即，在步骤S101之前，还可以包括步骤：

步骤S100：测量电缆的直流电阻值。

此时，在步骤S103中计算电缆组合绝缘热阻值时，可以是根据导体温度值、直流电阻值计算出对应的交流电阻值之后，再根据该交流电阻值实现电缆组合绝缘热阻值的计算，即在上述测得导体温度值和金属护套温度值之后，计算电缆组合绝缘热阻值之前，还包括步骤：

根据根据所述导体温度值、所述直流电阻值，计算出各导体温度值对应的交流电阻值。

此时，在步骤S103中，即可根据所得到的交流电阻值，并结合恒定电流值、导体温度值、金属护套温度值实现电缆组合绝缘热阻值的计算，电缆组合绝缘热阻值可通过下式进行计算：

T₁＝ΔT/I²R

其中，T₁表示电缆组合绝缘热阻值，ΔT为导体温度值与金属护套温度值的差值，I为恒定电流值，R为交流电阻值。

在通过设定各个不同的恒定电流值进行试验来得到电缆组合绝缘热阻推荐值时，具体要设定的恒定电流值的个数、以及各恒定电流值的具体值，可以自由设定，例如将恒定电流值选取为载流量初值的50％、60％、70％、80％、90％、100％、110％等等，再根据试验结果进行调整，最后给出电缆组合绝缘热阻的推荐值，其中，载流量初值可以根据现有技术中的方法进行计算得出。

以下针对其中设定的某一个恒定电流值为例，对本发明方案所提出的通过将该恒定电流值施加到所敷设的电缆上，并据此得到电缆组合绝缘热阻值的过程进行详细说明。

在进行试验时，可以是通过截取一定长度的电缆进行敷设来实现，该电缆的长度可以在考虑两端边界影响的基础上自由选取，例如20米左右等等。

在截取了一定长度的电缆、尚未将该电缆敷设之前，考虑到电缆导体在未施有电流情况下的直流电阻值和施加有交流电流的情况下的交流电阻值有所不同，可先测量该段电缆的直流电阻值，并将该直流电阻值记录下来以便在后续过程中使用，具体测量电缆的直流电阻值的方式可以与现有技术中已有的方式相同，在此不予赘述。

在测得了电缆的直流电阻值后，可将该电缆敷设，这里的敷设方式可以是空气敷设、直埋敷设这两种方式中的任意一种，空气敷设时，可以将电缆放置在电缆支架上，置于空气中；直埋敷设时，需要开挖的电缆沟的深度、宽度等，对于不同的电缆，可以相同也可以有所差异，为了能够尽量符合电缆投入使用后的实际应用状况，也可以是根据电缆购买方在应用电缆时的具体应用环境确定所开挖的电缆沟的深度和宽度。

在将电缆敷设好后，即可对该电缆施加恒定电流值并进行测量。

以其中某个恒定电流值为例，对该电缆施以该恒定电流值，并通过热电偶或其它方式实时测量并记录电缆导体温度、金属护套温度等，还可以同时测量并记录电缆表皮温度和环境温度。

当电缆的运行状态到达稳态后，记录下稳态电缆导体温度值、稳态金属护套温度值，后续过程中的计算过程以该稳态电缆导体温度值、稳态金属护套温度值为基础进行。其中，稳态的确定方式，可以是以所测得的电缆导体温度值进行判断，当在预设时间段内所测得的电缆导体温度值的变化范围并不超过预设变化范围时，即可判定电缆运行状态进入了稳态，该判定方式可以是与现有技术中的相同，在此不予赘述。

在得到电缆进入稳态后的电缆导体温度值、金属护套温度值后，可据此来反推得到该电缆的组合绝缘热阻值，由于电缆导体与金属护套之间的温差ΔT等于电缆发热和组合绝缘热阻值T₁的乘积，因此，通过试验中所得到的电缆发热(包括导体发热量W_c和绝缘介损W_i，在试验中可以不加电压只加大电流，此时绝缘介损W_i的值为0)以及组合绝缘上的温降ΔT进行反推，从而可以得到组合绝缘热阻值为：

T₁＝ΔT/(W_c+0.5W_i)＝ΔT/W_c＝ΔT/I²R    (1)

其中，R表示电缆在进入稳态后的交流电阻值，该交流电阻值R可以根据直流电阻值、进入稳态后的电缆导体温度值进行确定，具体的确定方式可以是现有技术中已有的方式，在此不予赘述。

在通过施加多个恒定电流值、进行多次电缆温升试验(包括空气敷设和直埋敷设)后，根据试验所得到的结果，按照上述公式(1)，可以得到每次试验条件下的电缆组合绝缘等值热阻，从而可以对所得到的这些电缆组合绝缘等值热阻，采用一定的方式，确定出该电缆的组合绝缘热阻推荐值。

在本发明方案的一个具体试验中，采用的电缆是岭南电缆厂的630mm²单芯电缆，在通过对其施加不同的恒定电流值，所测得的进入稳态后的电缆导体温度值、金属护套温度值、以及反推所得到的组合绝缘等值热阻如下表1所示：

表1由单根电缆温升试验值反推的组合绝缘热阻(K·m/W)

从上表1中可以看出，不论是空气敷设还是直埋敷设，组合绝缘的等值热阻与电缆导体温度(也是靠近导体的主绝缘的温度)有很强的相关性，这是因为大约在[50，100]℃的范围，XLPE的热阻系数随温度呈下降趋势，尤其在[80，100]℃的范围内下降很快，导致了高温区包括XLPE主绝缘在内的组合绝缘等值热阻的降低。

在得到上表1中所示出的测量值和反推得到的组合绝缘等值热阻后，即可给出相关的电缆组合绝缘推荐值，该电缆组合绝缘热阻推荐值可以是以导体温度值与组合绝缘热阻推荐值一一对应的方式给出，即某个导体温度值对应某个特定的组合绝缘热阻推荐值；也可以是根据所得到的数据，拟合出导体温度与组合绝缘热阻值的关系曲线，参见图2所示，是本发明根据表1中的数据拟合出的导体温度与反推组合绝缘热阻的关系示意图；也可以是针对相应的导体温度段，分别给出对应的组合绝缘热阻推荐值，如表2中所列出的不同范围的导体温度对应的组合绝缘热阻推荐值。

导体温度范围	45～55	55～65	65～75	75～85	85～100
						组合绝缘热阻推荐值	1	0.84	0.78	0.73	0.7

表2电缆组合绝缘等值热阻推荐值(K·m/W)

需要说明的是，上表1、表2及附图2中所得到的结果，是在岭南电缆厂630mm²单芯电缆的试验上得到的，故只适合于该电缆。

在通过上述过程得到电缆的组合绝缘热阻推荐值之后，电缆出厂时，可作为电缆的基本参数进行存档，在电缆投入使用后，即可根据该些组合绝缘热阻推荐值来计算电缆载流量或者是进行其他的相关操作，以实现对电缆的运行状态的监控或者其他目的。

在根据该些组合绝缘热阻推荐值来计算电缆载流量时，应选取其主绝缘长期允许最高工作温度(如XLPE为90度)所对应的电缆组合绝缘热阻值，并根据该电缆组合绝缘热阻值进行电缆载流量的计算，其中，根据电缆组合绝缘热阻推荐值确定电缆载流量的方式可以是根据现有技术中的方式进行，在此不予赘述。

以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (6)

1.一种电缆组合绝缘热阻的确定方法，包括步骤：

分别设定各恒定电流值，并分别对敷设后的所述电缆施加该恒定电流值；

分别测量并记录所述电缆的运行状态到达稳态后的导体温度值、金属护套温度值；

分别根据所述恒定电流值、所述导体温度值、所述金属护套温度值、以及所述电缆的交流电阻值，计算确定出对应的电缆组合绝缘热阻值；

根据各导体温度值对应的各所述电缆组合绝缘热阻值，确定所述电缆的电缆组合绝缘热阻推荐值。

2.根据权利要求1所述的电缆组合绝缘热阻的确定方法，其特征在于：

在设定各恒定电流值、对敷设后的电缆施加该恒定电流值之前，还包括步骤：测量所述电缆的直流电阻值；

在测量并记录所述导体温度值和金属护套温度值之后、计算确定电缆组合绝缘热阻值之前，还包括步骤：根据根据所述导体温度值、所述直流电阻值，计算出各导体温度值对应的所述交流电阻值。

3.根据权利要求1或2的电缆组合绝缘热阻的确定方法，其特征在于，采用下述公式计算所述电缆组合绝缘热阻值：

T₁＝ΔT/I²R

其中，T₁表示电缆组合绝缘热阻值，ΔT为导体温度值与金属护套温度值的差值，I为所加恒定电流值，R为交流电阻值。

4.一种电缆载流量计算方法，包括步骤：

根据所述电缆主绝缘长期允许最高工作温度，确定对应于所述最高工作温度的电缆组合绝缘热阻推荐值；

根据所述电缆组合绝缘热阻推荐值确定电缆载流量；

所述电缆电缆组合绝缘热阻推荐值的确定方式包括：

分别设定各恒定电流值，并分别对敷设后的所述电缆施加该恒定电流值；

分别测量并记录所述电缆的运行状态到达稳态后的导体温度值、金属护套温度值；

分别根据所述恒定电流值、所述导体温度值、所述金属护套温度值、所述电缆的交流电阻值，计算确定出对应的电缆组合绝缘热阻值；根据各导体温度值对应的各所述电缆组合绝缘热阻值，确定所述电缆的电缆组合绝缘热阻推荐值。

5.根据权利要求4所述的电缆载流量计算方法，其特征在于：

在设定各恒定电流值、对敷设后的电缆施加该恒定电流值之前，还包括步骤：测量所述电缆的直流电阻值；

在测量并记录所述导体温度值和金属护套温度值之后、计算确定电缆组合绝缘热阻值之前，还包括步骤：根据根据所述导体温度值、所述直流电阻值，计算出各导体温度值对应的所述交流电阻值。

6.根据权利要求4或5所述的电缆载流量计算方法，其特征在于，采用下述公式计算所述电缆组合绝缘热阻值：

T₁＝ΔT/I²R

其中，T₁表示电缆组合绝缘热阻值，ΔT为导体温度值与金属护套温度值的差值，I为恒定电流值，R为交流电阻值。

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