CN106646018A - 一种铝芯电缆载流量的测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铝芯电缆载流量的测量方法，使用铜芯电缆替代同截面铝芯电缆进行载流量实验，并通过公式由实验结果推导出对应铝芯电缆载流量。本发明的方法相对解析计算可以更精确地计算出铝芯电缆载流量，同时不需要额外购置铝芯电缆进行实验，节约成本，易于推广，具有很大的实用价值。

Description

一种铝芯电缆载流量的测量方法

技术领域

本发明涉及电缆载流量的测量方法，特别涉及一种铝芯电缆载流量的测量方法。

背景技术

当前，铝芯电缆虽然相对铜芯电缆有各种不足，但其价格低廉，具有很高的经济性，综合考虑后仍有一定的应用范围和潜力，所以仍有必要对铝芯电缆进行研究。

工程中计算电缆载流量常采用IEC60287标准，该标准是国际公认的电缆连续负荷载流量计算方法，其对环境状态做出简单和均匀的假设而得出额定载流量，运行时电缆导体温度的确定通常也是简单的假设环境和电缆发热达到稳态。该方法存在较大的局限性，实际运行时，电缆周围环境和负荷是不断变化的，电缆发热并未达到稳定状态，实际温度分布不完全符合标准中的假设，计算结果偏于保守。

电力部门和科研机构往往通过试验的方法确定电缆的载流量，载流量实验可以得到比IEC60287标准更为精确的结果。但当前铝芯电缆使用率较低，电力部门和科研机构往往缺乏现成的铝芯电缆，载流量实验就需要购置铝芯电缆，这会增大本身很高的实验成本，不利于铝芯电缆载流量实验的进行。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种铝芯电缆载流量的测量方法，能够满足工程研究精度需要，同时不需要额外购置铝芯电缆进行实验，节约成本，易于推广。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种铝芯电缆载流量的测量方法，包括以下步骤：

(1)选取与待测铝芯电缆同等电压等级同截面的铜芯电缆，在要求敷设条件下进行载流量实验，得到铜芯电缆载流量I_zcu；

(2)将铜芯电缆载流量I_zcu代入下式，即可得到对应铝芯电缆载流量I_ZAl

式中，I_ZCu、I_ZAl分别为铜、铝芯电缆相同敷设环境和条件下的载流量；R_0cu、R_0Al分别为铜、铝导体20℃时直流电阻，由电缆导体截面大小确定；α_20cu、α_20Al分别为铜、铝导体20℃时电阻系数；y_scu、y_sAl分别为铜、铝导体集肤效应系数；y_pcu、y_pAl分别为铜、铝导体邻近效应系数；θ_Cu、θ_Al分别为铜芯电缆和铝芯电缆运行最高工作温度,θ_Cu＝θ_Al＝θ。

优选的，所述待测铝芯电缆与铜芯电缆的结构参数完全一致；除了导体材料外，所述待测铝芯电缆与铜芯电缆的材料一致。

优选的，步骤(1)所述在要求敷设条件下进行载流量实验，得到铜芯电缆载流量I_zcu，具体为：

进行电缆导体90℃温度的温升实验，通过PLC控制柜加载电缆电流，待稳态后测量导体温度，多次改变电缆电流，使导体温度达到或接近90℃，此时电流大小即为铜芯电缆载流量得到铜芯电缆载流量I_zcu。

优选的，所述敷设条件分为空气敷设和土壤敷设两种，前者包括要求的电缆敷设方式、排列方式、中心间距、接地方式、空气环境温度、阳光光照强度，后者包括要求的电缆敷设方式、排列方式、中心间距、接地方式、土壤环境温度、土壤湿度、埋深。

具体的，铜导体的集肤效应系数y_scu的计算公式如下：

其中R_Cu'＝R_0Cu×[1+α_20Cu(θ-20)]；R_0Cu为20℃时铜导体的直流电阻；f为电源频率；k_sCu值取1；

三芯或三根单芯铜电缆的邻近效应系数y_pou：

其中d_cCu为铜导体直径；s_Cu为各铜导体轴心平均间距；对于干燥与浸渍铜导体k_pCu0.8，否则取1；

对于单根单芯铜电缆，y_pAl＝0。

具体的，铝导体的集肤效应系数y_pAl的计算公式如下：

其中R_Al'＝R_0Al×[1+α_20Al(θ-20)]；R_0Al为20℃时铝导体的直流电阻；f为电源频率；对于4、5、6分割铝导体，k_sAl值分别取0.28、0.19和0.12，否则k_sAl取1；

三芯或三根单芯铝电缆的邻近效应系数y_pcu：

其中d_cAL为铝导体直径(mm)；s_Al为各铝导体轴心平均间距(mm)；对于干燥与浸渍铝导体k_pAl取0.8，否则取1；

对于单根单芯铝电缆，y_pAl＝0。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

1、本发明通过实验和计算结合的方法测量在要求敷设环境下铝芯电缆载流量，相比当前常用的IEC标准精度更高，能够满足工程研究精度需要。

2、与直接购置铝芯电缆进行载流量实验相比，本发明可以有效利用电力部门和科研机构往往已有的铜芯电缆，节省了额外购置铝芯电缆的成本，降低了实验费用。

附图说明

图1为本发明的实施例的的铝芯电缆载流量测量方法的流程步骤图。

图2为本发明的实施例的铜芯电缆载流量测试系统的示意图。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

本实施例的铝芯电缆载流量的测量方法，如图1所示，包括以下步骤：

S1选取与待测铝芯电缆同等电压等级同截面的铜芯电缆，在要求敷设条件下进行一回路的载流量实验，得到铜芯电缆载流量I_zcu；待测铝芯电缆与铜芯电缆的结构参数完全一致；除了导体材料外，所述待测铝芯电缆与铜芯电缆的材料一致。

敷设条件分为空气敷设和土壤敷设两种，前者包括要求的电缆敷设方式、排列方式、中心间距、接地方式、空气环境温度、阳光光照强度，后者包括要求的电缆敷设方式、排列方式、中心间距、接地方式、土壤环境温度、土壤湿度、埋深。

本实施例具体情况为，铝芯电缆长度10m，型号为110kV YJLLW02，标称截面630mm²，敷设环境和条件为三根单芯电缆平行敷设，中心间距250mm，土壤直埋，单点接地，土壤环境温度25℃，湿度为54％，埋深1m。选取铜芯电缆10m，型号110kV YJLW02，标称截面630mm²。除了导体材料外，铜、铝芯电缆其它部位材料和结构参数没有区别。

S2在要求敷设条件下测量铜芯电缆载流量I_zcu，包括以下步骤：

将铜芯电缆按要求敷设环境和条件进行放置，包括三根单芯电缆平行敷设，中心间距250mm，土壤直埋，单点接地，土壤环境温度25℃，湿度为54％。

进行电缆导体90℃温度的温升实验，通过PLC控制柜加载电缆电流，待稳态后测量导体温度。多次改变电缆电流，当加载电流达到846A时，经过5小时导体温度达到稳态，导体温度为90.5℃，此时电流大小认为是铜芯电缆载流量I_ZCU。

如图2所示，本实施例采用的铜芯电缆载流量测试系统包括380V电源、调压器1、PLC控制面板2、控制操作台、升流器3、补偿电容箱4、电流互感器5、控制电机6。计算机控制台提供人机界面，便于用户操作。PLC控制柜提供调压器触点上下移动的控制逻辑，改变调压器自耦变比，调节加在升流器端的电流，电压和输送功率，实现电缆电流的控制和加载。补偿电容并联在升流器输入端，用于补偿负载的感性，提高功率因数。电流互感器测量信号作为控制柜输入信号，实现反馈调节。

S3、计算铜、铝芯电缆集肤效应系数和邻近效应系数：

铜导体的集肤效应系数y_scu的计算公式如下：

其中R_Cu'＝R_0Cu×[1+α_20Cu(θ-20)]；R_0Cu为20℃时铜导体的直流电阻；f为电源频率；k_sCu值取1；θ_Cu为铜导体运行最高工作温度(℃)，一般取90℃；

三芯或三根单芯铜电缆的邻近效应系数y_pcu：

其中d_cCu为铜导体直径；s_Cu为各铜导体轴心平均间距；对于干燥与浸渍铜导体k_pCu0.8，否则取1；

对于单根单芯铜电缆，y_pAl＝0。

铝导体的集肤效应系数y_pAl的计算公式如下：

其中R_Al'＝R_0Al×[1+α_20Al(θ-20)]；R_0Al为20℃时铝导体的直流电阻；f为电源频率；对于4、5、6分割铝导体，k_sAl值分别取0.28、0.19和0.12，否则k_sAl取1；θ_Al为铝导体运行最高工作温度(℃)，一般取90℃；

三芯或三根单芯铝电缆的邻近效应系数y_pcu：

其中d_cAL为铝导体直径(mm)；s_Al为各铝导体轴心平均间距(mm)；对于干燥与浸渍铝导体k_pAl取0.8，否则取1；

对于单根单芯铝电缆，y_pAl＝0。

本实施例的计算结果：

铜芯电缆导体R_0Cu＝2.83×10^-5Ω/m，α_20Cu＝3.93×10^-3，θ_Cu＝90℃，f＝50Hz，k_sCu＝1，d_cCu＝29.8mm，s_Cu＝250mm，k_pCu＝1，计算集肤效应系数y_sCu＝6.0124×10^-2，邻近效应系数y_pCu＝3.0573×10^-3。

铝芯电缆导体R_0Al＝4.69×10^-5Ω/m，α_20Al＝4.03×10^-3，θ_Al＝90℃，f＝50Hz，k_sAl＝1，d_cAl＝29.8mm，s_Al＝250mm，k_pAl＝1，计算集肤效应系数y_sAl＝2.2341×10^-2，邻近效应系数y_pAl＝1.2827×10^-3。

d_cCu＝d_cAl＝d_c,s_Cu＝s_Al＝s,θ_Cu＝θ_Al＝θ；

S4、计算铝芯电缆在相同敷设环境和条件下的载流量

将I_zcu、R_0Cu、R_0Al、θ、y_sCu、y_sCu、y_pCu、y_pAl代入下式，即可得到要求敷设环境和条件下铝芯电缆载流量I_ZAl＝667.92A。

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所述实施例的限制，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 (6)

1.一种铝芯电缆载流量的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)选取与待测铝芯电缆同等电压等级同截面的铜芯电缆，在要求敷设条件下进行载流量实验，得到铜芯电缆载流量I_ZCu；

(2)将铜芯电缆载流量I_ZCu代入下式，即可得到对应铝芯电缆载流量I_ZAl

$I_{ZAl}=\sqrt{\frac{I_{ZCu}^2{R}_{0Cu}(1+{\mathrm{\α}}_{20Cu}({\mathrm{\θ}}_{Cu}-20))(1+y_{sCu}+y_{pCu})}{R_{0Al}(1+{\mathrm{\α}}_{20Al}({\mathrm{\θ}}_{Al}-20))(1+y_{sAl}+y_{pAl})}}$

式中，I_ZCu、I_ZAl分别为铜、铝芯电缆相同敷设环境和条件下的载流量；R_0cu、R_0Al分别为铜、铝导体20℃时直流电阻，由电缆导体截面大小确定；α_20cu、α_20Al分别为铜、铝导体20℃时电阻系数；y_scu、y_sAl分别为铜、铝导体集肤效应系数；y_pcu、y_pAl分别为铜、铝导体邻近效应系数；θ_Cu、θ_Al分别为铜芯电缆和铝芯电缆运行最高工作温度,θ_Cu＝θ_Al＝θ。

2.根据权利要求1所述的铝芯电缆载流量的测量方法，其特征在于，所述待测铝芯电缆与铜芯电缆的结构参数完全一致；除了导体材料外，所述待测铝芯电缆与铜芯电缆的材料一致。

3.根据权利要求1所述的铝芯电缆载流量的测量方法，其特征在于，步骤(1)所述在要求敷设条件下进行载流量实验，得到铜芯电缆载流量I_ZCu，具体为：

进行电缆导体90℃温度的温升实验，通过PLC控制柜加载电缆电流，待稳态后测量导体温度，多次改变电缆电流，使导体温度达到或接近90℃，此时电流大小即为铜芯电缆载流量得到铜芯电缆载流量I_ZCu。

4.根据权利要求1所述的铝芯电缆载流量的测量方法，其特征在于，所述敷设条件分为空气敷设和土壤敷设两种，前者包括要求的电缆敷设方式、排列方式、中心间距、接地方式、空气环境温度、阳光光照强度，后者包括要求的电缆敷设方式、排列方式、中心间距、接地方式、土壤环境温度、土壤湿度、埋深。

5.根据权利要求1所述的铝芯电缆载流量的测量方法，其特征在于，铜导体的集肤效应系数y_scu的计算公式如下：

$y_{sCu}=\frac{x_{sCu}^4}{192+0.8x_{sCu}^4}$

其中R_Cu'＝R_0Cu×[1+α_20Cu(θ-20)]；R_0Cu为20℃时铜导体的直流电阻；f为电源频率；k_sCu值取1；

三芯或三根单芯铜电缆的邻近效应系数y_pcu：

其中d_cCu为铜导体直径；s_Cu为各铜导体轴心平均间距；对于干燥与浸渍铜导体k_pCu0.8，否则取1；

对于单根单芯铜电缆，y_pAl＝0。

6.根据权利要求1所述的铝芯电缆载流量的测量方法，其特征在于，铝导体的集肤效应系数y_pAl的计算公式如下：

$y_{sAl}=\frac{x_{sAl}^4}{192+0.8x_{sAl}^4}$

其中R_Al'＝R_0Al×[1+α_20Al(θ-20)]；R_0Al为20℃时铝导体的直流电阻；f为电源频率；对于4、5、6分割铝导体，k_sAl值分别取0.28、0.19和0.12，否则k_sAl取1；

三芯或三根单芯铝电缆的邻近效应系数y_pcu：

其中d_cAL为铝导体直径；s_Al为各铝导体轴心平均间距；对于干燥与浸渍铝导体k_pAl取0.8，否则取1；

对于单根单芯铝电缆，y_pAl＝0。