CN108469542B - 一种含绝缘金布的单芯电缆分布式感应电流的计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种含绝缘金布的单芯电缆分布式感应电流的计算方法，步骤如下：S1、测量电缆两端接地电阻R_L和R_R、计算大地漏电阻R_e和电缆两端等效电阻R_d1、R_d2；S2、查阅或测量波纹铝护套螺距长度x，计算整条高压电缆线路被划分的单元数量n，测量绝缘金布铜丝直径d；S3、计算单元铝护套电阻R₁、单元铜丝电阻R₂；S4、计算由电缆线芯电流产生的线路单元感应电动势U₁、U₂，计算由电缆护套和铜丝上的感应环流产生的各段感应电动势U₁’、U₂’；S5、测量阻水绕包与金布丝铜、金布铜丝与铝护套的交流电阻，计算单元电阻R₁₂；S6、计算电路模型各支路感应电流向量I。本方法可方便求取此类电缆的各段感应电流。

Description

一种含绝缘金布的单芯电缆分布式感应电流的计算方法

技术领域

本发明涉及电力电缆技术领域，具体涉及一种含绝缘金布的单芯电缆分布式感应电流的计算方法。

背景技术

感应电流源于电磁感应原理，是电缆线芯电流、护套电流和绝缘金布中铜丝流通的电流综合作用的稳定结果。绝缘金布是介于半导电阻水带和铝护套中间的夹层，其间并行缠绕着若干铜丝，在铝护套波谷处与铜丝相接触。

细小的铜丝与铝护套的接触属于金属性接触，其接触状态存在一定的差异性，接触电阻数值的大小与压力、接触面积和接触材质等因素相关，铜丝与铝护套共同构成了一个相互交织的分布式电路。多根并行的铜丝因其阻值较小也将会通行一定的电流。

然而，当前国内外学者建立的电缆感应电流计算模型并未考虑到铜丝的分流作用，且将整个电路模型集中参数、均一化处理。因此，该计算模型及方法不再适用于含绝缘金布的单芯电缆。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种含绝缘金布的单芯电缆分布式感应电流的计算方法。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种含绝缘金布的单芯电缆分布式感应电流的计算方法，所述的计算方法包括:

S1、使用仪器测量电缆两端接地电阻R_L和R_R、计算大地漏电阻R_e和电缆两端等效电阻R_d1、R_d2；

S2、查阅或测量波纹铝护套螺距长度x，计算整条高压电缆线路被划分的单元数量n，测量绝缘金布铜丝直径d；

S3、计算单元铝护套电阻R₁、单元铜丝电阻R₂；

S4、计算由电缆线芯电流产生的线路单元感应电动势U₁、U₂，计算由电缆护套和铜丝上的感应环流产生的各段感应电动势U₁’、U₂’；

S5、使用仪器测量阻水绕包与金布丝铜、金布铜丝与铝护套的交流电阻，计算单元电阻R₁₂；

S6、计算电路模型各支路感应电流向量I。

进一步地，所述的大地漏电阻R_e的计算公式为：

R_e＝π²Lf×10^-7 (1)

式中，L为护套长度，f为输电线路运行频率。

进一步地，所述的电缆两端等效电阻R_d1、R_d2的计算公式为：

R_d1＝R_L+0.5R_e (2)

R_d2＝R_R+0.5R_e (3)

式中，R_L为电缆左侧接地电阻，R_R为电缆右侧接地电阻。

进一步地，所述的高压电缆线路被划分的单元数量n的计算公式为：

式中，L为电缆护套长度，x为波纹铝护套螺距。

进一步地，所述的单元铝护套电阻R₁的计算公式为：

式中，L为护套长度，ρ_s为护套导电率，A_s为护套截面积，α_s为电阻温度系数，T_s为护套工作温度，η为护套温度相对导体温度比率，x为波纹铝护套螺距。

进一步地，所述的单元铜丝电阻R₂的计算公式为：

式中，ρ_c为铜丝电阻率，d为铜丝直径，α₂₀为20℃时铜丝的电阻温度系数，T为铜丝温度，x为波纹铝护套螺距。

进一步地，所述的由电缆线芯电流产生的线路单元感应电动势U₁、U₂的计算公式为：

式中，I为电缆线芯电流；Φ_i为由线芯电流在第i条电缆上产生的感应电动势，x为波纹铝护套螺距，d₁为两电缆线芯距离，r_i为电缆护套半径，i＝1,2。

进一步地，所述的由电缆护套和铜丝上的感应环流产生的各段感应电动势U₁’、U₂’的计算公式为：

式中，I_i为护套i中的感应电流，X_pi为护套p、i间互感抗，D_c为以大地为回路时的回路等值深度，d₁为两电缆线芯距离，ρ_c为土壤电阻率，f为频率，i,p＝1,2。

进一步地，所述的单元电阻R₁₂的数值根据以下计算公式所得：

式中，y为仪器测量的数值，l为测量电缆的长度，x为波纹铝护套螺距。

进一步地，所述的步骤S6中利用SIMULINK建立分布式电容电流等效电路，将之前步骤计算所得的数值代入其中，进行封装求解各支路感应电流向量I。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

本发明公开了一种含绝缘金布的单芯电缆分布式感应电流的计算方法，解决了无法求解含绝缘金布的单芯电缆感应电流的现况，利用该方法可方便求取此类电缆的各段感应电流。

附图说明

图1是本发明中电缆结构图；

图2是本发明中分布式感应电流等效电路图；

图3是本发明中公开的一种含绝缘金布的单芯电缆分布式感应电流计算方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

本实施例公开一种含绝缘金布的单芯电缆分布式感应电流的计算方法，如图1所示为本发明的电缆结构图，本发明计算方法仅适用于此类电缆。如图2所示为分布式感应电流等效电路，本发明所有的计算参数、推导以及公式的建立均是围绕着此电路图展开，求解含绝缘金布的单芯电缆感应电流本质上即为求解此电路。其具体包括下列步骤：

1)测量电缆两端接地电阻R_L和R_R。这个数值可以从设计指标中直接读取，最好通过专用仪器现场测量，因为时间变化、环境变迁，接地电阻也在不断变化。

2)计算大地漏电阻R_e，参照下列计算公式，

R_e＝π²Lf×10^-7 (1)

式中，L为护套长度；f为输电线路运行频率；

3)计算电缆两端等效电阻R_d1、R_d2，参照下列计算公式，

R_d1＝R_L+0.5R_e (2)

R_d2＝R_R+0.5R_e (3)

式中，R_L为电缆左侧接地电阻，R_R为电缆右侧接地电阻。

4)查阅手册或测量波纹铝护套螺距长度x，计算高压电缆线路被划分的单元数量n，参照下列计算公式，

式中，L为电缆护套长度；x为波纹铝护套螺距；

5)计算铝护套电阻R₁，参照下列计算公式，

式中，L为护套长度，ρ_s为护套导电率，A_s为护套截面积，α_s为电阻温度系数，T_s为护套工作温度，η为护套温度相对导体温度比率，x为波纹铝护套螺距；

6)计算单元铜丝电阻R₂，参照下列计算公式，

式中，ρ_c为铜丝电阻率，d为铜丝直径，α₂₀为20℃时铜丝的电阻温度系数，T为铜丝温度，x为波纹铝护套螺距；

7)计算由电缆线芯电流产生的线路单元感应电动势U₁、U₂，参照下列计算公式，

式中，I为电缆线芯电流，Φ_i为由线芯电流在第i条电缆上产生的感应电动势，x为波纹铝护套螺距，d₁为两电缆线芯距离，r_i为电缆护套半径，i＝1,2。

8)计算由电缆护套和铜丝上的感应环流产生的各段感应电动势U₁’、U₂’，参照下列计算公式，

式中，I_i为护套i中的感应电流，X_pi为护套p、i间互感抗，D_c为以大地为回路时的回路等值深度，d₁为两电缆线芯距离，ρ_c为土壤电阻率，f为频率；i,p＝1,2。

9)计算单元电阻R₁₂的数值，参照下列计算公式，

式中，y为专用仪器测量的数值，l为测量电缆的长度，x为波纹铝护套螺距；

10)计算电路模型各支路电容电流向量I，利用SIMULINK建立分布式感应电流等效电路，将上述计算所得的数值代入其中，进行封装求解。

综上所述，本发明本发明切实可行的提供了一种含绝缘金布的单芯电缆分布式感应电流模型和计算方法，利用该模型可方便求取此类电缆的各段感应电流。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种含绝缘金布的单芯电缆分布式感应电流的计算方法，其特征在于，所述的计算方法包括:

S1、使用仪器测量电缆两端接地电阻R_L和R_R、计算大地漏电阻R_e和电缆两端等效电阻R_d1、R_d2；

S2、查阅或测量波纹铝护套螺距长度x，计算整条高压电缆线路被划分的单元数量n，测量绝缘金布铜丝直径d；

S3、计算单元铝护套电阻R₁、单元铜丝电阻R₂；

S4、计算由电缆线芯电流产生的线路单元感应电动势U₁、U₂，计算由电缆护套和铜丝上的感应环流产生的各段感应电动势U₁’、U₂’；

S5、使用仪器测量阻水绕包与金布丝铜、金布铜丝与铝护套的交流电阻，计算单元电阻R₁₂；

S6、计算电路模型各支路感应电流向量I。

2.根据权利要求1所述的一种含绝缘金布的单芯电缆分布式感应电流的计算方法，其特征在于，所述的大地漏电阻R_e的计算公式为：

R_e＝π²Lf×10^-7 (1)

式中，L为护套长度，f为输电线路运行频率。

3.根据权利要求1所述的一种含绝缘金布的单芯电缆分布式感应电流的计算方法，其特征在于，所述的电缆两端等效电阻R_d1、R_d2的计算公式为：

R_d1＝R_L+0.5R_e (2)

R_d2＝R_R+0.5R_e (3)

式中，R_L为电缆左侧接地电阻，R_R为电缆右侧接地电阻。

4.根据权利要求1所述的一种含绝缘金布的单芯电缆分布式感应电流的计算方法，其特征在于，所述的高压电缆线路被划分的单元数量n的计算公式为：

式中，L为电缆护套长度，x为波纹铝护套螺距。

5.根据权利要求1所述的一种含绝缘金布的单芯电缆分布式感应电流的计算方法，其特征在于，所述的单元铝护套电阻R₁的计算公式为：

式中，L为护套长度，ρ_s为护套导电率，A_s为护套截面积，α_s为电阻温度系数，T_s为护套工作温度，η为护套温度相对导体温度比率，x为波纹铝护套螺距。

6.根据权利要求1所述的一种含绝缘金布的单芯电缆分布式感应电流的计算方法，其特征在于，所述的单元铜丝电阻R₂的计算公式为：

式中，ρ_c为铜丝电阻率，d为铜丝直径，α₂₀为20℃时铜丝的电阻温度系数，T为铜丝温度，x为波纹铝护套螺距。

7.根据权利要求1所述的一种含绝缘金布的单芯电缆分布式感应电流的计算方法，其特征在于，所述的由电缆线芯电流产生的线路单元感应电动势U₁、U₂的计算公式为：

式中，I’为电缆线芯电流；Φ_i为由线芯电流在第i条电缆上产生的感应电动势，x为波纹铝护套螺距，d₁为两电缆线芯距离，r_i为电缆护套半径，i＝1,2。

8.根据权利要求1所述的一种含绝缘金布的单芯电缆分布式感应电流的计算方法，其特征在于，所述的由电缆护套和铜丝上的感应环流产生的各段感应电动势U₁’、U₂’的计算公式为：

式中，I_i为护套i中的感应电流，X_pi为护套p、i间互感抗，D_c为以大地为回路时的回路等值深度，d₁为两电缆线芯距离，ρ_c为土壤电阻率，f为频率，i,p＝1,2。

9.根据权利要求1所述的一种含绝缘金布的单芯电缆分布式感应电流的计算方法，其特征在于，所述的单元电阻R₁₂的数值根据以下计算公式所得：

式中，y为仪器测量的数值，l为测量电缆的长度，x为波纹铝护套螺距。

10.根据权利要求1所述的一种含绝缘金布的单芯电缆分布式感应电流的计算方法，其特征在于，所述的步骤S6中利用SIMULINK建立分布式电容电流等效电路，将之前步骤计算所得的数值代入其中，进行封装求解各支路感应电流向量I。