影响高压电缆载流量几个因素分析

摘要:选择电缆截面、确定电缆载流量是电缆电气设计关键的一步,相同截面的电缆在不同环境因素和运行条件下其载流量差别非常大。本文通过汇集各文献所述观点、各电缆生产厂家实验数据,并结合电缆实际运行情况,分析影响电缆载流量的各种因素。分类、比较后总结出不同运行条件下,电缆载流量的工程折减系数,方便电缆电气设计人员用于电缆载流量在工程设计方面的计算。
关键词:电缆载流量环境因素运行条件折减系数
随着我国经济水平的提高,城市用电量大幅增长,使城市中高压输电线路相应增多,考虑城市建设用地紧张情况,使得高压电缆在现今城市线路中得到广泛使用,但在对高压电缆线路设计方面,各地水平不齐且不成系统。
电缆电气部分设计,首先应该解决的就是电缆导体截面选择问题,而电缆系统运行环境及运行参数对导体截面选择有非常大的影响,相同导体截面的电缆在不同环境和运行条件下,其载流量差别非常大。下面本文将逐个分析影响电缆载流量的各种因素。

1、电缆的埋设深度

为了保护埋设于地下的电缆,减少或者避免外力对其影响,一般电缆线路均要保证一定埋深。但是随着埋深加大,电缆散热条件也随之变差,在允许最高运行温度相同的条件下,电缆载流量也随埋深加大而变小。但是随着埋深加大,电缆周围土壤温度也会明显下降,如某地20年气象记录的平均值有:最热月地下-0.5m、-1.0m、-2.0m处最高月平均温度,分别比同一地面月平均气温低3℃、4℃、7℃。故埋深越大,对载流量影响也越小。下面以100kV400mm2截面电缆为例,以曲线形式简单了解一下敷设深度对电缆载流量的影响。

2、多回路电缆的互热效应

当电缆多回路以密集形式敷设时,由于互热效应将使多回路电缆之间散热条件变差,所以载流量也相应地减少。下表仅为110kV 400mm2单芯（铜）交联聚乙烯绝缘皱纹铝护套电力电缆 多回路敷设典型负载系数。

3、同回电缆相间距的影响

与多回电缆间互热效应类似,同回电缆相间也存在互热效应。
因此电缆相间距离也会影响载流量。下面以100kV 400mm2截面电缆为例,介绍一下电缆相间距离对载流量的影响。

4、电缆系统周围土壤温度

电缆截面选择也就是确定电缆允许电流,而允许电流是由芯线允许温度决定的。芯线温度不但与电流有关,也取决于周围媒介温度与热阻。故埋地电缆周围土壤温度对载流量有较大影响。目前国内生产的PE绝缘电缆其最高导体温度一般均为90℃,以25℃土壤温度为基础,对90℃最高导体温度这点给出了最大温升为65℃。以此条件,下图给出了不同土壤温度对载流量的影响。土壤温度取埋深处的最热月平均地温。

5、土壤热阻系数

在初步评估电缆载流量时,如土壤没有非正常地干燥或与热性。
能差的材料（如飞尘、砾石）相混合,则土壤热阻系数可采用

1.2K*m/W计算。

通常对于较大规模的电缆系统,要求在设计前进行线路勘察时,作较详细测量,确认线路沿线土壤热阻系数。另外也应考虑到土壤热阻系数随季节变化,这一点对于像我国南方以及沿海地下水随季节变化较明显地区来说显得相当重要,因为热阻系数受土壤中水份含量的影响很大,任何土壤热阻系数的测量应指明测量时土壤水份含量。
当然在考虑土壤中水份的同时水份的迁移也是不容忽视的。国内外工程实践都曾显示,在缆芯工作温度大于70℃的电缆直埋敷设运行一段时间后,由于电缆表皮温度在约50℃情况下,电缆近旁水份将逐渐迁移而呈干燥状态,导致热阻增大,出现缆芯工作温度超过额定值的恶行循环,导致电缆绝缘老化加速,最后以致发生绝缘击穿事故。而目前交联聚乙烯绝缘电缆缆芯的工作温度一般都在90℃,所以在电缆直埋情况下更应该重视水迁移,若电缆敷设在导管中则另行考虑。出于这点考虑,在计算载流量时应留下一定裕度,若对这种减少载流量无法接受,可采取换土即将电缆周围“干燥区域内”的土壤换填以热阻系数相对较小且稳定的回填土,选用适当比例的砂与水泥等拌合作为回填土。其已在工程应用实践中显示土壤热阻系数比较稳定,即使在全干燥状态情况下,其热阻系数也能够维持在

1.2K*m/W。下图4提供了热阻系数变化对载流量的总体影响。

6、其他相关数据

若电缆不是直埋敷设而是敷设在导管中,再埋设在地下,则除了需要收集以上的运行和环境数据外,还需导管的热阻系数,其也是影响电缆载流量的重要数据。
就目前常用的110kV电缆线路导管型式来看,基本上采用玻璃钢管和C-PVC管两种,此两种管材热阻系数玻璃钢管约为2.5K*m/W、C-PVC管约为3.5K*

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m/W。由此可以看出这些非金属管材的热阻系数大,且表面散热性能差,用作电缆保护管时,对载流量的影响不容忽视。为了设计上的实用性考虑,一般敷设在导管中的电缆,载流量在考虑了其他因素后再采用0.85的缩减因数。
若电缆敷设在空气中,由于阳光的直接照射会产生巨大热量而减少载流量,故此时按已采取了必要的遮阳措施,不受阳光直接照射考虑。空气温度按最热月日最高温度平均值取用。而架空敷设电缆是通过对流和辐射实现散热,因此空气热阻是分别通过对流和辐射的散热系数体现的,其与电缆外径、电缆之间排列方式、电缆表面温度、环境温度等等数据有关,计算较复杂,一般设计中110kV电缆周围空气热阻系数取0.28K*m/W。
上述情况为电缆周围空气流通条件较好,能够进行无障碍辐射和对流散热,环境温度上升不明显;而一般高压电缆均不会不加保护的暴露在空气中,套以电缆导管和敷设在构筑物中是最常用的保护方式,这将导致电缆周围空气不易流通,环境温度上升。对于加导管保护的电缆可按上述0.85的系数折减载流量;而敷设在构筑物中的电缆应考虑周围环境温度上升对载流量的折减。下表为以30℃为基准的环境温度对PE绝缘电缆载流量的换算因数,可窥知梗概（表2）。
由以上分析可知,电缆运行条件和周围环境因素对电缆载流量的影响是相当显著的,在进行电缆电气设计,选择电缆截面时应充分考虑上述因素的影响。参照电缆厂家提供特定条件下的载流量,对电缆的实际载流量进行折减。