電力電纜載流量及絕緣層厚度核定

1、電力電纜電力電纜 電力電纜載流量影響因素分析電力電纜載流量影響因素分析 電力電纜電力電纜 根據(jù)熱路方程求出載流量的計(jì)算公式：根據(jù)熱路方程求出載流量的計(jì)算公式： 式中：式中：c導(dǎo)體允許最高工作溫度導(dǎo)體允許最高工作溫度 a周圍媒質(zhì)溫度周圍媒質(zhì)溫度 Wi介質(zhì)損耗介質(zhì)損耗 1、2分別為金屬屏蔽和鎧裝層損耗因數(shù)；分別為金屬屏蔽和鎧裝層損耗因數(shù)； Tl、T2、T3、T4分別為單位長度電纜絕緣層、內(nèi)襯分別為單位長度電纜絕緣層、內(nèi)襯 層、外披層、周圍媒質(zhì)熱阻。層、外披層、周圍媒質(zhì)熱阻。 Rc導(dǎo)體的交流電阻導(dǎo)體的交流電阻 電力電纜電力電纜 一、損耗的影響一、損耗的影響 以一單芯電纜為例，并且僅分析線芯至金屬屏蔽

2、層部分，傳輸以一單芯電纜為例，并且僅分析線芯至金屬屏蔽層部分，傳輸 功率為：功率為： 從上式可以看出：從上式可以看出： 1、導(dǎo)體：導(dǎo)體：電纜的傳輸容量與線芯半徑的電纜的傳輸容量與線芯半徑的3/2次方成正比，與線芯次方成正比，與線芯 材料的電阻系數(shù)的材料的電阻系數(shù)的1/2次方成反比。次方成反比。 結(jié)論：結(jié)論： 線芯采用高電導(dǎo)系數(shù)材料可以提高電纜傳輸。線芯采用高電導(dǎo)系數(shù)材料可以提高電纜傳輸。 增大線芯截面。增大線芯截面。 電力電纜電力電纜 但隨線芯截面的增大，電纜的體積也會增大。成本增，生產(chǎn)和但隨線芯截面的增大，電纜的體積也會增大。成本增，生產(chǎn)和 敷設(shè)均增加了難度。而且趨膚效應(yīng)也會增大。為此，對截

3、面在敷設(shè)均增加了難度。而且趨膚效應(yīng)也會增大。為此，對截面在 800、1000mm2的導(dǎo)體應(yīng)采用分裂導(dǎo)體的方法克服集膚效應(yīng)造成的導(dǎo)體應(yīng)采用分裂導(dǎo)體的方法克服集膚效應(yīng)造成 的電阻增大。一般電流應(yīng)在的電阻增大。一般電流應(yīng)在2.5A/mm2的經(jīng)濟(jì)電流密度范圍為宜。的經(jīng)濟(jì)電流密度范圍為宜。 2、絕緣層：、絕緣層：提高電纜絕緣工作溫度提高電纜絕緣工作溫度( )；提高電纜絕緣材料的；提高電纜絕緣材料的 最大工作場強(qiáng)最大工作場強(qiáng)(Emax)。 結(jié)論：結(jié)論：采用耐高溫絕緣材料，采用高擊穿場強(qiáng)材料。可減薄絕采用耐高溫絕緣材料，采用高擊穿場強(qiáng)材料?？蓽p薄絕 緣層厚度，降低電纜絕緣層的熱阻，可以提高電纜的傳輸容量。緣

4、層厚度，降低電纜絕緣層的熱阻，可以提高電纜的傳輸容量。 換言之，如能找到新的絕緣材料具有高的擊穿場強(qiáng)，能在較高換言之，如能找到新的絕緣材料具有高的擊穿場強(qiáng)，能在較高 溫度下工作，且具有較小的熱阻系數(shù)，可以提高電纜的傳偷容量，溫度下工作，且具有較小的熱阻系數(shù)，可以提高電纜的傳偷容量， 并能縮小電纜的幾何尺寸，從而提高電纜的機(jī)械性能并能縮小電纜的幾何尺寸，從而提高電纜的機(jī)械性能(可曲度等可曲度等)。 電力電纜電力電纜 對于對于10kV級以下的低壓系統(tǒng)，級以下的低壓系統(tǒng)， 介質(zhì)損耗占的比重較小，可忽略不介質(zhì)損耗占的比重較小，可忽略不 計(jì)。但隨電壓等級的提高，介質(zhì)損計(jì)。但隨電壓等級的提高，介質(zhì)損 耗因

5、有電壓平方的關(guān)系，故其影響耗因有電壓平方的關(guān)系，故其影響 會隨電壓的增加而增大，既便會隨電壓的增加而增大，既便tg較較 小的變化也會引起介質(zhì)損耗較大的小的變化也會引起介質(zhì)損耗較大的 變化。因此高壓和超高壓電力電纜變化。因此高壓和超高壓電力電纜 必須嚴(yán)格限制必須嚴(yán)格限制tg 。 電力電纜電力電纜 當(dāng)電壓當(dāng)電壓U Uo時(shí)，時(shí)， 隨電壓的增加曲線下降，這是由隨電壓的增加曲線下降，這是由 于電壓較高時(shí)，介質(zhì)損耗的影響于電壓較高時(shí)，介質(zhì)損耗的影響 隨電壓的增加而增壓，功率會隨隨電壓的增加而增壓，功率會隨 之減少。之減少。 電力電纜電力電纜 可得，當(dāng)可得，當(dāng) 時(shí)，電纜的傳輸功率為零。時(shí)，電纜的傳輸功率為零

6、。 由：由： 此時(shí)其相應(yīng)的電壓此時(shí)其相應(yīng)的電壓 相應(yīng)介質(zhì)損耗角正切相應(yīng)介質(zhì)損耗角正切(tg )稱為臨界介質(zhì)損耗角正切稱為臨界介質(zhì)損耗角正切(tg ) 結(jié)論：結(jié)論：臨界狀態(tài)下，由于介質(zhì)損耗產(chǎn)生的溫升已等于電纜的允許臨界狀態(tài)下，由于介質(zhì)損耗產(chǎn)生的溫升已等于電纜的允許 溫升，即處于熱的臨界狀態(tài)，電纜中不允許通過任何數(shù)值溫升，即處于熱的臨界狀態(tài)，電纜中不允許通過任何數(shù)值 的負(fù)載。的負(fù)載。 電力電纜電力電纜 顯然，若考慮全部的熱阻，臨界介質(zhì)損耗因數(shù)可寫為顯然，若考慮全部的熱阻，臨界介質(zhì)損耗因數(shù)可寫為 電力電纜電力電纜 以以tg=0時(shí)電纜的傳輸功率為時(shí)電纜的傳輸功率為100%，絕緣層介質(zhì)損耗角正切，絕緣層

7、介質(zhì)損耗角正切tg 對敷設(shè)在空氣中電纜的傳輸功率的影響，如下圖所示。對敷設(shè)在空氣中電纜的傳輸功率的影響，如下圖所示。 介質(zhì)損耗在不同工作電壓電纜中所占比重。介質(zhì)損耗在不同工作電壓電纜中所占比重。 電力電纜電力電纜 3、金屬屏蔽層損耗和鎧裝層損耗、金屬屏蔽層損耗和鎧裝層損耗 由于單芯電纜的結(jié)構(gòu)特性，使金屬護(hù)套在線路運(yùn)行時(shí)有較高的由于單芯電纜的結(jié)構(gòu)特性，使金屬護(hù)套在線路運(yùn)行時(shí)有較高的 感應(yīng)電壓和感應(yīng)電流，在金屬護(hù)套上容易形成環(huán)流，而環(huán)流將引感應(yīng)電壓和感應(yīng)電流，在金屬護(hù)套上容易形成環(huán)流，而環(huán)流將引 起金屬護(hù)套發(fā)熱，一方面使工作溫度升高，嚴(yán)重時(shí)可能會超過容起金屬護(hù)套發(fā)熱，一方面使工作溫度升高，嚴(yán)重時(shí)可

8、能會超過容 許限值，使電纜壽命縮短，甚至損壞；另一方面環(huán)流所損耗的電許限值，使電纜壽命縮短，甚至損壞；另一方面環(huán)流所損耗的電 能亦降低了線芯的載流量。能亦降低了線芯的載流量。 以以YJLW03-64/110-1800電纜為例，在相同條件下不同接地方電纜為例，在相同條件下不同接地方 式時(shí)的載流量如下表所示。式時(shí)的載流量如下表所示。 電力電纜電力電纜 對金屬護(hù)套兩端接地的電纜，環(huán)流損耗在傳輸功率中占有很大對金屬護(hù)套兩端接地的電纜，環(huán)流損耗在傳輸功率中占有很大 比例。為此高壓電纜，金屬護(hù)套應(yīng)采取換位連接。沿電纜線路須比例。為此高壓電纜，金屬護(hù)套應(yīng)采取換位連接。沿電纜線路須 敷設(shè)回流線。敷設(shè)回流線。

9、從上表可以看出，兩端接地比交叉互聯(lián)接地方式下的載流量小，從上表可以看出，兩端接地比交叉互聯(lián)接地方式下的載流量小， 交叉互聯(lián)比一端接地方式下的載流量小。這是由于在兩端直接接交叉互聯(lián)比一端接地方式下的載流量小。這是由于在兩端直接接 地方式下，金屬護(hù)套中環(huán)流相當(dāng)大，此時(shí)載流量大約是一端接地地方式下，金屬護(hù)套中環(huán)流相當(dāng)大，此時(shí)載流量大約是一端接地 時(shí)的時(shí)的70%80%，載流量降低很多。與之相比較，交叉互聯(lián)方式，載流量降低很多。與之相比較，交叉互聯(lián)方式 的載流量與一端接地方式的相差較小，說明在交叉互聯(lián)接地方式的載流量與一端接地方式的相差較小，說明在交叉互聯(lián)接地方式 下，雖然護(hù)套中有環(huán)流，但由于環(huán)流較小對

10、載流量的影響并不大。下，雖然護(hù)套中有環(huán)流，但由于環(huán)流較小對載流量的影響并不大。 電力電纜電力電纜 二、電容電流的影響二、電容電流的影響 電纜本身就是一個(gè)長大的電容器，除了固有的直流漏導(dǎo)以外，電纜本身就是一個(gè)長大的電容器，除了固有的直流漏導(dǎo)以外， 還有交流下的電容電流。還有交流下的電容電流。 據(jù)電工原理，電力系統(tǒng)中，發(fā)送端和負(fù)載端電流電壓的關(guān)系為據(jù)電工原理，電力系統(tǒng)中，發(fā)送端和負(fù)載端電流電壓的關(guān)系為 I1：為發(fā)送端電流；：為發(fā)送端電流； I2：為負(fù)載端的電流；：為負(fù)載端的電流； Ic：電容電流：電容電流 即，從發(fā)送端發(fā)出的電流，一部分為負(fù)載電流，一部分為電即，從發(fā)送端發(fā)出的電流，一部分為負(fù)載電流

11、，一部分為電 容電流。當(dāng)電容電流增大時(shí)，會嚴(yán)重地影響負(fù)載電流。容電流。當(dāng)電容電流增大時(shí)，會嚴(yán)重地影響負(fù)載電流。 電力電纜電力電纜 極限情況，設(shè)極限情況，設(shè)IT為額定電流，當(dāng)為額定電流，當(dāng)IC=IT時(shí)，則時(shí)，則 稱為電容電流的稱為電容電流的臨界長度臨界長度。電纜的長度越長，電容電流越大。電纜的長度越長，電容電流越大。 當(dāng)長度超過臨界長度時(shí)，可在線路上并聯(lián)電抗器以補(bǔ)償電容電流。當(dāng)長度超過臨界長度時(shí)，可在線路上并聯(lián)電抗器以補(bǔ)償電容電流。 但此時(shí)。負(fù)載電流的少許變化均會引起電纜超載過熱而處于不穩(wěn)但此時(shí)。負(fù)載電流的少許變化均會引起電纜超載過熱而處于不穩(wěn) 定運(yùn)行狀態(tài)。所以跨江、跨海長距離輸電，一般不能用交

12、流電纜定運(yùn)行狀態(tài)。所以跨江、跨海長距離輸電，一般不能用交流電纜 而使用直流電纜。而使用直流電纜。 另外在選擇絕緣材料時(shí)，應(yīng)選擇介電系數(shù)較小的材料以減少電另外在選擇絕緣材料時(shí)，應(yīng)選擇介電系數(shù)較小的材料以減少電 容電流。為了提高傳輸容量絕緣材料更應(yīng)嚴(yán)格限制容電流。為了提高傳輸容量絕緣材料更應(yīng)嚴(yán)格限制tg , 選擇具有選擇具有 較高擊穿強(qiáng)度和較高耐溫等級的材料。較高擊穿強(qiáng)度和較高耐溫等級的材料。 電力電纜電力電纜 電力電纜電力電纜 三、熱阻的影響三、熱阻的影響 在初步評估電纜載流量時(shí)，如土壤沒有非正常地干燥或與熱在初步評估電纜載流量時(shí)，如土壤沒有非正常地干燥或與熱 性能差的材料性能差的材料(如飛塵、

13、礫石如飛塵、礫石)相混合，則土壤熱阻系數(shù)可采用相混合，則土壤熱阻系數(shù)可采用 1.2Km/W計(jì)算。計(jì)算。 考慮到考慮到土壤熱阻系數(shù)隨季節(jié)變化土壤熱阻系數(shù)隨季節(jié)變化，這一點(diǎn)對于像我國南方以及，這一點(diǎn)對于像我國南方以及 沿海地下水隨季節(jié)變化較明顯地區(qū)來說顯得相當(dāng)重要，因?yàn)闊嶙柩睾５叵滤S季節(jié)變化較明顯地區(qū)來說顯得相當(dāng)重要，因?yàn)闊嶙?系數(shù)受土壤中水份含量的影響很大，任何土壤熱阻系數(shù)的測量應(yīng)系數(shù)受土壤中水份含量的影響很大，任何土壤熱阻系數(shù)的測量應(yīng) 指明測量時(shí)土壤水份含量。指明測量時(shí)土壤水份含量。 考慮土壤中考慮土壤中水份的遷移水份的遷移也是不容忽視的。國內(nèi)外工程實(shí)踐都曾也是不容忽視的。國內(nèi)外工程實(shí)踐都曾

14、 顯示，在纜芯工作溫度大于顯示，在纜芯工作溫度大于70的電纜直埋敷設(shè)運(yùn)行一段時(shí)間后，的電纜直埋敷設(shè)運(yùn)行一段時(shí)間后， 由于電纜表皮溫度在約由于電纜表皮溫度在約50情況下，電纜近旁水份將逐漸遷移而情況下，電纜近旁水份將逐漸遷移而 呈干燥狀態(tài)，導(dǎo)致熱阻增大，出現(xiàn)纜芯工作溫度超過額定值的惡呈干燥狀態(tài)，導(dǎo)致熱阻增大，出現(xiàn)纜芯工作溫度超過額定值的惡 行循環(huán)，導(dǎo)致電纜絕緣老化加速，最后以致發(fā)生絕緣擊穿事故。行循環(huán)，導(dǎo)致電纜絕緣老化加速，最后以致發(fā)生絕緣擊穿事故。 電力電纜電力電纜 在計(jì)算載流量時(shí)應(yīng)在計(jì)算載流量時(shí)應(yīng)留下一定裕度留下一定裕度；若對這種減少載流量無；若對這種減少載流量無 法接受，可采取法接受，可采

15、取換土換土即將電纜周圍即將電纜周圍“干燥區(qū)域內(nèi)干燥區(qū)域內(nèi)”的土壤換填的土壤換填 以熱阻系數(shù)相對較小且穩(wěn)定的回填土，選用適當(dāng)比例的砂與水以熱阻系數(shù)相對較小且穩(wěn)定的回填土，選用適當(dāng)比例的砂與水 泥等拌合作為回填土。其已在工程應(yīng)用實(shí)踐中顯示土壤熱阻系泥等拌合作為回填土。其已在工程應(yīng)用實(shí)踐中顯示土壤熱阻系 數(shù)比較穩(wěn)定，即使在全干燥狀態(tài)情況下，其熱阻系數(shù)也能夠維數(shù)比較穩(wěn)定，即使在全干燥狀態(tài)情況下，其熱阻系數(shù)也能夠維 持在持在1.2Km/W。 電力電纜電力電纜 當(dāng)電纜的結(jié)構(gòu)和材料一定時(shí)，當(dāng)電纜的結(jié)構(gòu)和材料一定時(shí)，減少本體的熱阻較困難，有效的減少本體的熱阻較困難，有效的 方法是降低周圍媒質(zhì)的熱阻。方法是降低

16、周圍媒質(zhì)的熱阻。其主要途徑是強(qiáng)迫冷卻。強(qiáng)迫冷卻其主要途徑是強(qiáng)迫冷卻。強(qiáng)迫冷卻 又分為內(nèi)部冷卻和外部冷卻。又分為內(nèi)部冷卻和外部冷卻。 內(nèi)部冷卻是指冷卻媒質(zhì)經(jīng)位于電纜中心的管道實(shí)現(xiàn)的強(qiáng)迫冷內(nèi)部冷卻是指冷卻媒質(zhì)經(jīng)位于電纜中心的管道實(shí)現(xiàn)的強(qiáng)迫冷 卻。如充油電纜，其中心油道亦為冷卻媒質(zhì)通道，電纜油為冷卻卻。如充油電纜，其中心油道亦為冷卻媒質(zhì)通道，電纜油為冷卻 媒質(zhì)，通過油的循環(huán)實(shí)現(xiàn)冷卻。交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜則通過中心媒質(zhì)，通過油的循環(huán)實(shí)現(xiàn)冷卻。交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜則通過中心 水冷卻系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)冷卻。但必須有嚴(yán)密的防水措施，以防水對絕緣水冷卻系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)冷卻。但必須有嚴(yán)密的防水措施，以防水對絕緣 造成損害。造成損害。

17、 外部冷卻系統(tǒng)主要有兩種形式：一種是冷卻媒質(zhì)在埋于地下的外部冷卻系統(tǒng)主要有兩種形式：一種是冷卻媒質(zhì)在埋于地下的 金屬或塑料管中循環(huán)；另一種是對敷設(shè)在坑道中的電纜通以壓縮金屬或塑料管中循環(huán)；另一種是對敷設(shè)在坑道中的電纜通以壓縮 冷空氣實(shí)現(xiàn)冷卻。實(shí)現(xiàn)強(qiáng)迫冷卻的電纜傳輸容量幾乎可以提高冷空氣實(shí)現(xiàn)冷卻。實(shí)現(xiàn)強(qiáng)迫冷卻的電纜傳輸容量幾乎可以提高2 倍。倍。 電力電纜電力電纜 四、敷設(shè)條件的影響四、敷設(shè)條件的影響 1、敷設(shè)方式、敷設(shè)方式 目前比較普遍的電纜敷設(shè)方式主要有直埋、穿管、空氣三種。目前比較普遍的電纜敷設(shè)方式主要有直埋、穿管、空氣三種。 由于在不同敷設(shè)方式下電纜散熱程度不同、間距不同等因素，對由于在

18、不同敷設(shè)方式下電纜散熱程度不同、間距不同等因素，對 電纜載流量的影響也不一樣。電纜載流量的影響也不一樣。 以以YJLW03-64/110-1X 630為例，電纜最大允許載流量及其他計(jì)為例，電纜最大允許載流量及其他計(jì) 算參數(shù)如下算參數(shù)如下: 電力電纜電力電纜 由上表可知，對于管道敷設(shè)電纜即使增大相間距，其載流量仍由上表可知，對于管道敷設(shè)電纜即使增大相間距，其載流量仍 小于直埋敷設(shè)的載流量，約為直埋時(shí)載流量的小于直埋敷設(shè)的載流量，約為直埋時(shí)載流量的93%，換言之，即，換言之，即 電纜線路因有部分穿管而損失了電纜線路因有部分穿管而損失了7%的輸送容量，管道敷設(shè)電纜的輸送容量，管道敷設(shè)電纜 成為影響整

19、條電纜線路載流量的瓶頸，限制了線路的輸送容量。成為影響整條電纜線路載流量的瓶頸，限制了線路的輸送容量。 電力電纜電力電纜 若電纜敷設(shè)在空氣中，由于陽光的直接照射會產(chǎn)生巨大熱量而若電纜敷設(shè)在空氣中，由于陽光的直接照射會產(chǎn)生巨大熱量而 減少載流量，架空敷設(shè)電纜是通過對流和輻射實(shí)現(xiàn)散熱，因此空減少載流量，架空敷設(shè)電纜是通過對流和輻射實(shí)現(xiàn)散熱，因此空 氣熱阻是分別通過對流和輻射的散熱系數(shù)體現(xiàn)的，其與電纜外徑、氣熱阻是分別通過對流和輻射的散熱系數(shù)體現(xiàn)的，其與電纜外徑、 電纜之間排列方式、電纜表面溫度、環(huán)境溫度等等數(shù)據(jù)有關(guān)，計(jì)電纜之間排列方式、電纜表面溫度、環(huán)境溫度等等數(shù)據(jù)有關(guān)，計(jì) 算較復(fù)雜，如果電纜周圍

20、空氣流通條件較好，一般設(shè)計(jì)中算較復(fù)雜，如果電纜周圍空氣流通條件較好，一般設(shè)計(jì)中110kV 電纜周圍空氣熱阻系數(shù)取電纜周圍空氣熱阻系數(shù)取0. 28K*m/W。 高壓電纜會套以電纜導(dǎo)管和敷設(shè)在構(gòu)筑物中是最常用的保護(hù)方高壓電纜會套以電纜導(dǎo)管和敷設(shè)在構(gòu)筑物中是最常用的保護(hù)方 式，這將導(dǎo)致電纜周圍空氣不易流通，環(huán)境溫度上升。對于加導(dǎo)式，這將導(dǎo)致電纜周圍空氣不易流通，環(huán)境溫度上升。對于加導(dǎo) 管保護(hù)的電纜可按上述管保護(hù)的電纜可按上述0.85的系數(shù)折減載流量；而敷設(shè)在構(gòu)筑物的系數(shù)折減載流量；而敷設(shè)在構(gòu)筑物 中的電纜應(yīng)考慮周圍環(huán)境溫度上升對載流量的折減。下表為以中的電纜應(yīng)考慮周圍環(huán)境溫度上升對載流量的折減。下表

21、為以 30為基準(zhǔn)的環(huán)境溫度對為基準(zhǔn)的環(huán)境溫度對PE絕緣電纜載流量的換算因數(shù)。絕緣電纜載流量的換算因數(shù)。 空氣空氣 溫度溫度 101520253035404550 換算換算 因數(shù)因數(shù) 1.151.121.081.0410.960.910.870.82 電力電纜電力電纜 2、敷設(shè)深度、敷設(shè)深度 以以YJLW03-64/110-1X1000為例，三回電纜穿管敷設(shè)在不同深為例，三回電纜穿管敷設(shè)在不同深 度時(shí)的載流量如下表度時(shí)的載流量如下表: 由于電纜埋深增大，電纜的載流量下降很大，輸送容量亦相由于電纜埋深增大，電纜的載流量下降很大，輸送容量亦相 應(yīng)下降。為滿足輸送容量的要求施工時(shí)應(yīng)按照設(shè)計(jì)要求的深度應(yīng)

22、下降。為滿足輸送容量的要求施工時(shí)應(yīng)按照設(shè)計(jì)要求的深度 敷設(shè)電纜，因?yàn)榉笤O(shè)太深，載流量下降很大，敷設(shè)太淺不能承敷設(shè)電纜，因?yàn)榉笤O(shè)太深，載流量下降很大，敷設(shè)太淺不能承 受重壓。受重壓。 電力電纜電力電纜 電纜絕緣層中的電場分布電纜絕緣層中的電場分布 電力電纜電力電纜 一、圓形單芯電纜絕緣層中的電場分布一、圓形單芯電纜絕緣層中的電場分布 1、均勻介質(zhì)、均勻介質(zhì) 該型式的電纜的電場是標(biāo)準(zhǔn)的圓柱形電場。因其長度和半徑該型式的電纜的電場是標(biāo)準(zhǔn)的圓柱形電場。因其長度和半徑 是不可比擬的，故可忽略復(fù)雜的邊緣效應(yīng)。采用柱面坐標(biāo)。因各是不可比擬的，故可忽略復(fù)雜的邊緣效應(yīng)。采用柱面坐標(biāo)。因各 處的電場軸向分量很小，

23、均可看成與導(dǎo)線相垂直的方向。這樣圓處的電場軸向分量很小，均可看成與導(dǎo)線相垂直的方向。這樣圓 柱側(cè)面積上的電場方向處處與外法線的方向一致，而上下底面的柱側(cè)面積上的電場方向處處與外法線的方向一致，而上下底面的 電場方向與底面的外法線方向垂直電場方向與底面的外法線方向垂直(cos900 = 0 )，故據(jù)高斯定理，故據(jù)高斯定理， 在積分過程中，可只計(jì)算圓柱側(cè)面積的電場適量即可，又因?qū)ΨQ在積分過程中，可只計(jì)算圓柱側(cè)面積的電場適量即可，又因?qū)ΨQ 關(guān)系，圓柱側(cè)面上的各點(diǎn)的場強(qiáng)在數(shù)值上均相等。則關(guān)系，圓柱側(cè)面上的各點(diǎn)的場強(qiáng)在數(shù)值上均相等。則 電力電纜電力電纜 由此可得：由此可得： (1)(1)電場分布和電場分

24、布和r r成反比，最大場強(qiáng)成反比，最大場強(qiáng)EmaxEmax位于線位于線 芯表面，芯表面，最小強(qiáng)度位于絕緣外表面。最小強(qiáng)度位于絕緣外表面。 如絕緣內(nèi)的電場均勻分布，則其電場強(qiáng)度如絕緣內(nèi)的電場均勻分布，則其電場強(qiáng)度 電力電纜電力電纜 (2)平均場強(qiáng)和最大場強(qiáng)之比定義為絕緣層的平均場強(qiáng)和最大場強(qiáng)之比定義為絕緣層的 利用系數(shù)，它是描述電場分布均勻程度的物利用系數(shù)，它是描述電場分布均勻程度的物 理量，理量， 增加則電場分布越均勻增加則電場分布越均勻 。 (3)當(dāng)電壓一定時(shí)，我們希望當(dāng)電壓一定時(shí)，我們希望Emax取得最小值，為取得最小值，為 此假設(shè)絕緣外半徑此假設(shè)絕緣外半徑R為定值，令為定值，令 可得可得

25、R/rc=e=2.718時(shí)最大場強(qiáng)取得最小值。時(shí)最大場強(qiáng)取得最小值。 (4)從經(jīng)濟(jì)效益考慮，我們希望在滿足一定條從經(jīng)濟(jì)效益考慮，我們希望在滿足一定條 件下絕緣體積最小。件下絕緣體積最小。R/rc=2.2時(shí)，絕緣層體積時(shí)，絕緣層體積 最小，且最小，且 電力電纜電力電纜 2、分階絕緣、分階絕緣 如前述，單芯電纜絕緣內(nèi)的電場分如前述，單芯電纜絕緣內(nèi)的電場分 布也是不均勻的，隨絕緣半徑的增加布也是不均勻的，隨絕緣半徑的增加 而降低，造成絕緣利用系數(shù)下降。為而降低，造成絕緣利用系數(shù)下降。為 了提高絕緣利用系數(shù)，使電場分布盡了提高絕緣利用系數(shù)，使電場分布盡 可能的均勻，可利用電場強(qiáng)度和介電可能的均勻，可利

26、用電場強(qiáng)度和介電 常數(shù)成反比分布的原理，采用兩層或常數(shù)成反比分布的原理，采用兩層或 多層介電常數(shù)不同的材料實(shí)現(xiàn)分階絕多層介電常數(shù)不同的材料實(shí)現(xiàn)分階絕 緣。一般從導(dǎo)電線芯表面到絕緣表面緣。一般從導(dǎo)電線芯表面到絕緣表面 采用。采用。 1 2 n 電力電纜電力電纜 說明：說明：(1)電場電場在分階處電場發(fā)生了階躍在分階處電場發(fā)生了階躍 ； (2)分階絕緣使線芯表面電場強(qiáng)度降低；分階絕緣使線芯表面電場強(qiáng)度降低； (3)分階絕緣均勻了電場強(qiáng)度，從而分階絕緣均勻了電場強(qiáng)度，從而 提高了利用系數(shù)，降低了絕緣層厚度。提高了利用系數(shù)，降低了絕緣層厚度。 電力電纜電力電纜 二、二、多芯電纜絕緣層中的電場分布多芯電

27、纜絕緣層中的電場分布 多芯電纜即一般三芯或多芯絕緣線芯成纜后統(tǒng)包以金屬屏蔽多芯電纜即一般三芯或多芯絕緣線芯成纜后統(tǒng)包以金屬屏蔽 層層( (或金屬護(hù)套或金屬護(hù)套) )，這種型式的電纜，一般均用于低壓配電系統(tǒng)。，這種型式的電纜，一般均用于低壓配電系統(tǒng)。 因這種型式的電纜絕緣主要考慮機(jī)械強(qiáng)度的要求。在滿足機(jī)械強(qiáng)因這種型式的電纜絕緣主要考慮機(jī)械強(qiáng)度的要求。在滿足機(jī)械強(qiáng) 度的情況下，一般都能滿足電氣性要求。我們可度的情況下，一般都能滿足電氣性要求。我們可僅考慮具最大場僅考慮具最大場 強(qiáng)的分布強(qiáng)的分布，且電場可按近似公式進(jìn)行計(jì)算。多芯電纜絕緣層中的，且電場可按近似公式進(jìn)行計(jì)算。多芯電纜絕緣層中的 電場分布

28、比較復(fù)雜，一般用模擬試驗(yàn)方法來確定，在此基礎(chǔ)上，電場分布比較復(fù)雜，一般用模擬試驗(yàn)方法來確定，在此基礎(chǔ)上， 在近似的計(jì)算它的最大場強(qiáng)。在近似的計(jì)算它的最大場強(qiáng)。 電力電纜電力電纜 1、三芯圓形芯電纜最大場強(qiáng)、三芯圓形芯電纜最大場強(qiáng) 如圖所示，如圖所示，r rc c為導(dǎo)電線芯半徑，為導(dǎo)電線芯半徑，R R為絕緣外半徑，絕緣層厚度為絕緣外半徑，絕緣層厚度 =R-r=R-rc c，N=R/N=R/rc。 (1)(1)線芯線芯1 1和線芯和線芯2 2間的瞬間電壓為線電壓間的瞬間電壓為線電壓U U時(shí)，時(shí)，最大場強(qiáng)出現(xiàn)在最大場強(qiáng)出現(xiàn)在a a 的位置，并可按近似的位置，并可按近似公式計(jì)算，公式計(jì)算， (2)線芯

29、間電壓，如線芯線芯間電壓，如線芯2和和3間的電壓間的電壓 為為0.5倍的相電壓時(shí)，倍的相電壓時(shí)，最大場強(qiáng)出現(xiàn)在最大場強(qiáng)出現(xiàn)在b 的位置的位置，其值為，其值為 電力電纜電力電纜 電力電纜電力電纜 分相鉛包分相鉛包(屏蔽屏蔽)式電纜絕緣層中電場分布式電纜絕緣層中電場分布 電力電纜電力電纜 2、三芯扇形芯電纜最大場強(qiáng)、三芯扇形芯電纜最大場強(qiáng) 這種型式的電纜，如圖所示，我們僅考慮這種型式的電纜，如圖所示，我們僅考慮a、b、c三處的電場三處的電場 強(qiáng)度。強(qiáng)度。 (1)a(1)a處電場強(qiáng)度處電場強(qiáng)度 式中，式中，U0為相電壓；為相電壓；Rck為導(dǎo)電線芯大圓弧為導(dǎo)電線芯大圓弧 所在圓的半徑即其大圓弧曲率半徑

30、；所在圓的半徑即其大圓弧曲率半徑； 相絕緣厚度，對油紙帶絕緣電力電纜，相絕緣厚度，對油紙帶絕緣電力電纜， 含帶絕緣厚度。含帶絕緣厚度。 Rck可按經(jīng)驗(yàn)公式求出，可按經(jīng)驗(yàn)公式求出， 電力電纜電力電纜 (2)b處場強(qiáng)處場強(qiáng) 式中，式中，U0相電壓；相電壓；相絕緣厚度；相絕緣厚度； r2b處的圓弧曲率半徑，處的圓弧曲率半徑，r2 =0.27Rck (3)c處處 式中，式中，r1小圓角處的曲率半徑，小圓角處的曲率半徑，r1=0.17 Rck ， ， U線電壓線電壓 C處的場強(qiáng)最大。處的場強(qiáng)最大。 電力電纜電力電纜 三、決定電纜絕緣層厚度的因素三、決定電纜絕緣層厚度的因素 工藝上允許的最小厚度工藝上允許的最小厚度(低壓小截面電纜低壓小截面電纜)。500伏及以下小截面伏及以下小截面 的橡皮、塑料電線由工藝規(guī)定的最小厚度決定。橡皮絕緣電線的的橡皮、塑料電線由工藝規(guī)定的最小厚度決定。橡皮絕緣電線的 最小絕緣厚度規(guī)定為最小絕緣厚度規(guī)定為0.3mm；聚氯乙烯等塑料絕緣電線規(guī)定為；聚氯乙烯等塑料絕緣電線規(guī)定為 0.25mm； 機(jī)械性能機(jī)械性能