Page 20 - 电力与能源2022年第四期

3 0 0 赵莹莹, 等: 电力电缆载流量计算方法综述

1 电缆额定载流量的定义 TC20 电力 电 缆 组 起 草, 共 有 3 个, 分 别 为 IEC
60287ElectricCables — CalculationoftheCur-
电缆敷设方式主要有直埋、 排管、 沟槽和隧道 rentRatin g 电 缆: 电 流 额 定 值 的 计 算》 、 IEC
[ 1-2 ]
《
等。单芯电缆结构包括导电线芯、 导体屏蔽层、 绝 60853CalculationoftheC y clicandEmer g enc y
缘层、 绝缘屏蔽层、 缓冲层、 金属护套、 外护套及半 CurrentRatin gofCables 《 电缆周期性和紧急电
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导电涂层等, 三芯电缆还包括内衬和铠装层等。 流额定值的计算》 、 IECTR62095ElectricCa-
电缆工作环境密闭且散热条件差, 线芯导体损耗、 bles — Calculations for Current Ratin g s-Finite
金属护套和铠装层涡流损耗、 环流损耗及绝缘介 ElementMethod 《 电 缆: 电 流 额 定 值 的 计 算———

质损耗等引起的温升, 造成电缆本体温度升高。 有限元法》。 IEC60287 和 IEC60853 是基于热
国际电工委员会( IEC ) 标准中将额定载流量 路模型的电缆载流量计算模型: IEC60287 建立
定义为: 假设周围环境条件恒定, 连续恒定电流 了电缆稳态模型, 实现了电缆额定载流量计算;
( 100% 负载因数) 刚好足以渐近产生最大导体温 IEC60853 则是构建了电缆载流量计算的暂态模
度的稳态电流。即在此电流下电缆线芯的工作温 型, 实现了周期性负荷和紧急负荷计算。 IECTR
62095 为 基 于 有 限 元 方 法 的 电 缆 载 流 量 计 算
度不超过电缆绝缘耐热寿命允许的温度值。 IEC
标准中还规定, 计算额定载流量( 土壤未发生干燥 标准。
状态下) 时, 应同时计算土壤局部干燥状态下的允 IEC60287 主要包括 3 部分内容: 载流量公
许载流量, 以两者中较小的数值作为电缆允许载 式( 100% 负荷因素) 和功率损耗、 热阻公式以及有
流量。交联聚乙烯电缆结构如图 1 所示。 关运行条件的各节。 IEC60287 适用于敷设在空

气或土壤中的所有电压等级的交流电缆, 以及 5
kV 及以下直流电缆稳态运行状况, 包括发生或
未发生局部土壤干燥的直接埋地、 管道、 电缆沟或
钢管中敷设的电缆。该标准将外部环境视为热物
性参数恒定的单一均匀介质, 以一维稳态热路为
基础, 由环境温度推算电缆导体温度, 进而确定电
缆的额定载流量。 IEC60287 未将电缆导体与皱
图 1 交联聚乙烯电缆结构 纹铝护套间具有 不同热物性参数的材料进行细
载流量的计算需要在导体电流与电缆及其周 分, 而是作为主绝缘部分统一进行计算, 并且忽略
围环境间构建传热方程, 即对给定的导体材料和 了气隙层的作用。
负载, 计算在电缆内产生的热量及导体的散热率。 IEC60853 给出了电缆暂态条件下的载流量
热量在电缆及其周围环境以多种方式传递, 对于 计算公式。对于 35kV 及以下电缆, 标准给出了
直接地埋的电缆, 热量主要通过热传导的方式通 在加载周期性载荷和短时负荷时的载流量计算公
过导体、 绝缘层、 屏蔽层和其他金属层。电缆的温 式, 这类电缆可忽略热容影响。对于 35kV 以上
升与邻近电缆的传热、 周围土壤的热阻系数、 混凝 电缆, 在周期性负荷下, 电缆热容不可忽略, 电缆
土的热阻系数、 土壤温度、 排管埋深等因素有关。 线芯温度的变化为稳态温升和暂态温升两部分的
土壤热阻系数的大小与湿度等的关系较大, 土壤 总和。需要分别建立电缆本体和周围媒质的暂态
温度和气温有一定相关性, 同时电缆及其邻近电 热路, 计算对负荷电流的暂态温度响应, 通过到达
缆的温升随其负载变化而不断变化, 具有时变特 因数线性叠加计算总的电缆导体温升, 并利用导
性, 因此电缆载流量和温升计算过程涉及热相互 体温度与电缆载流量的线性关系、 热容分配比、 到

作用和电磁耦合作用, 求解过程比较复杂。 达因数和周期负荷因数等参数求解载流量。 IEC
60853 未考虑电缆实际敷设环境的时变性, 不能
2 现行标准情况
充分利用电力电缆的输电能力。
2.1 国际标准 IECTR62095 使用有限元方法计算通过埋

电力电缆载流量计算的现行国际标准由IEC 地电缆周围材料的热传递过程, 从而计算电缆额