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鋁絲鎧裝短路電流計算

2015-02-05 10:46:10點擊:
在國外的很多中壓單芯電纜中,為了避免渦流損耗,同時保證電纜可承受一定的拉力,鎧裝采用的是鋁絲鎧裝。因為在電纜安裝實際操作中,鎧裝和屏蔽一樣,都是要接地的。國外的電力係統大多屬於A類係統,即中性點是直接接地的,在這種係統中,需要通過較大的接地短路電流,即在電纜發生短路時,屏蔽和鎧裝可以通過比較大的短路電流,將電流導入大地,而使電纜免於受損。因此,鋁絲鎧裝的短路電流計算,是工程技術人員必備的一種技能。在IEC標準中,並無鋁絲鎧裝短路電流的計算公式,有的隻是銅帶屏蔽和銅絲屏蔽。但是,依然可以依據IEC標準和參照其他國內外資料,進行鋁絲鎧裝短路電流的計算推導,並得出準確的經得住實踐檢驗的鋁絲鎧裝短路電流數據,從而在電纜的研發、設計、製造過程中發揮重要作用。
 
   電纜中任一載流部分,其額定短路電流的計算方法,通常假設在短路持續期間,熱量保留在載流體內部(即絕熱受熱)。實際上在短路時,一些熱量會傳入鄰近的材料中,就是事實上短路電流可以更大些,即所謂的考慮非絕熱效應。在短路持續的全過程,非絕熱法是有效的。
與絕熱法相比,采用非絕熱法計算,屏蔽層、護層和小於10mm2的導體(特別是用作屏蔽線),其允許短路電流有很大增加。
鋁絲鎧裝非絕熱短路電流計算如下:
 
   一、考慮非絕熱效應的修正係數計算
 
   由於鋁絲鎧裝的內部是PVC護層,而外部需用無紡布綁紮,然後才可擠包PVC外護套,因而周圍媒質參數隻需考慮PVC護層和無紡布。式中,σ2,σ3--鋁絲鎧裝層四周媒質比熱(J/Kom3)
 
又:PVC護層 σ2=1.7×106 J/Kom3
 
無紡布纖維 σ3=2.0×106 J/Kom3
 
又:ρ2,ρ3鋁絲鎧裝層四周媒質熱阻(Kom/W)
 
PVC護層 ρ2=6.0Kom/W
 
無紡布纖維 ρ3=6.0Kom/W
F --鋁絲鎧裝和周圍非金屬材料之間考慮熱性不完善接觸時的不完善接觸因素,F=0.5
 
σ1--屏蔽層、護層或鎧裝層的比熱,J/Kom3 鋁絲σ1=2.5×106 J/Kom3
 
所有參數代入計算得:
ε=1.158非絕熱係數。
 
   二、絕熱過程短路電流的計算公式:
 
   其中,S--電纜屏蔽截麵積,以YJV72 12/20kV 1×500為例,則S=60*2.5^2*0.7854=295mm2
 
IAd 鋁絲鎧裝屏蔽短路電流
 
β 溫度係數的倒數,228
 
θf 最終短路溫度,θf=250℃
 
θi 起始短路溫度,θi =90℃
 
σc 20℃時導體的比熱容,2.5×106 J/Kom3
 
ρ20 20℃時導體的電阻率,2.8264x10-8Ω.m。t為短路時間(S)取1S。
則,絕熱過程允許短路電流(1秒鍾)為:=28.87kA
 
  三、非絕熱效應的短路電流計算
 
   依據以上計算過程有,
 
非絕熱過程允許短路電流(1秒鍾)為: =1.158*28.87=33.43kA
 
   通過以上計算可以看出,鋁絲鎧裝的非絕熱短路電流相比絕熱短路電流事實上有了很大增加。IEC949(1988)標準已經假定了最惡劣的計算條件,也即實際上在計算中已經考慮了餘量,當然額定短路電流的計算結果是偏安全的。上述計算中基本上仍是按照IEC949(1988)標準中銅絲屏蔽的計算公式,隻不過考慮了鋁絲鎧裝的周圍媒質有別於銅絲屏蔽的周圍媒質,並且將原公式中銅絲的相應參數換成了鋁絲的。
 
   另外,參照國外經驗金屬屏蔽層的最終短路溫度可以到350℃,為安全起見,也有選擇到300℃的,為提高我國電網的安全程度,實際計算按300℃計算。而上述金屬屏蔽均是針對銅帶或銅絲,鋁絲鎧裝應與銅屏蔽有所不同,因為鋁材對高溫的耐受性要弱於銅。我們在實際計算中參照了鋁導體的最終短路溫度,按250℃計算,這樣算得的短路電流可確保實際短路時鎧裝鋁絲不至於因過載而出現安全問題。