110kV及以上电力电缆载流量提升研究
中图分类号：TM757 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）15-0229-02
1 引言
电力电缆的载流量影响着电力电缆输送能力，同时也是影响电缆稳定安全运行的重要因素，对输电线路安全可靠、经济合理的运行以及电缆使用寿命长短都起着很大的作用。如果负荷110kV及以上的电力电缆的载流量达不到要求，会造成电缆线芯温度的工作温度超过容许值。这不仅会减少绝缘线路的寿命，还会影响电力安全和稳定的运行，所以提升电力电缆载流量是有非常重要的意义。
2 电力电缆的简介
电力电缆是电力电网的主要组成部件，是电力传播的媒介，一般用于城区、国防工程和电站等必须使用地下输电的部位。电力电缆是由三部分组成：①导体，传输电流的；②绝缘层，用于承受电压起到绝缘的作用；③保护覆盖层，保护电力电缆不受外界环境和机械损伤的影响。电力电缆都应用于电压较高，传输功率较大，可靠性要求较高的输电线路，所以在设计和制造上经济、耐用、可靠的电力电缆最合适。
3 电力电缆载流量的影响因素及计算
3.1 影响电力电缆载流量的因素
电缆载流量是指电缆在能承受的最高温度下，电缆导线允许通过的最大电流量。电缆线芯外表面的温度和电缆横向热传递特性、电缆绝缘的损耗、电缆所带负荷大小以及电缆运行的环境温度都有关系。当电缆运行过程中，运行电压维持不变，那么电缆绝缘磨损就程度不大，则对电缆线芯外表面的温度也基本没有影响，并且电缆内部的材料和结构是原先设计好的，是没有改变的，那么它的横向传递特性也不会改变。所以电力电缆的载流量主要是受电缆所带的负荷和环境温度的影响。
通常输配电负荷并不稳定，会不断地根据需要调整变化，这是无法掌控的。而环境温度是指在正常的情况下铺设电缆的场所周围介质的温度，一般是指地理条件和气象条件所决定的铺设电缆周围介质的温度，这温度是可以采取很多的方式进行控制和调整的，以提高电力电缆的载流量。
3.2 电缆载流量计算公式
从理论上讲，电缆载流量计算公式：
其中：
I ：载流量 （A）
△θ：导体温度与环境温度之差（℃）
R ：90℃时导体交流电阻（Ω/m）
n ： 电缆中载流导体数量
Wd ：绝缘介质损耗
λ1：护套和屏蔽损耗因数
λ2：金属铠装损耗因数
T1：导体与金属护套间绝缘层热阻 （k?m/w）
T2：金属护套与铠装层之间内衬层热阻（k?m/w）
T3：电缆外护层热阻 （k?m/w）
T4：电缆表面与周围媒介之间热阻（k?m/w）
最大载流量是由电缆的交流电阻、导体温升、电缆各层的介质损耗、各层间的热阻决定的。当电缆的交流电阻、电缆各层的介质损耗、各层间热阻的数值一定时，导体与环境的温度差对载流量的提高就起着决定性的作用，温差越大，载流量就会越高，而在正常的室温下，导体本身的温度是不变的，在不同环境下也会受环境温度的影响产生变化，所以环境的温度才是最终影响载流量的关键因素。
4 优化电力电缆载流量的措施
下面针对电力电缆载流量的影响因素，提出试验方案，找出温度对载流量的影响状况，给出相应地解决办法，同时也提出了针对采用的不同敷设方式来提高电力电缆载流量的解决办法。
（一）消除电缆线路中的局部热点来降低该处电力电缆的绝缘温度，来提高电力电缆的载流量。
设置处于不同环境温度下的电缆温升试验。将110kV电力电缆进行土壤直埋、水中敷设和空气敷设的三种不同方式，创造三种不同的温度环境，水深和土壤深度均设为1m，如图1所示。将热电偶敷设在预先设置的温度点里，用来监测温度，并且对电缆加载电流，对每一次的加载采用自动测温装置间隔10分钟就记录一次温度数据。结果发现当输送负荷电流由0突然升为800 A时，土壤直埋中的电缆的线芯温度达到的稳态温度为44℃，水中敷设下的电缆的线芯温度达到的稳态温度为38℃，空气敷设中的电缆线芯温度达到的稳态温度为55℃，这样水中敷设电缆的线芯温度比土壤中敷设电缆的线芯温度和空气中敷设电缆的线芯温度都要低，可得知在相同的电流负荷下，水中敷设的电力电缆的线芯温度的变化是最低的。这就说明导体温度变化受外界环境温度变化灵敏些。并且相比之下，土壤和水中敷设下电缆导体温度对环境温度的灵敏度要比空气中敷设电缆导体温度对环境温度的灵敏度高。当电缆的线芯温度到达稳态时的温度，外界环境温度的变化对导体温度的变化的影响较大，所以如果降低外界环境温度，对于电缆载流量的提高是很有效果的。可以采取两种方式来改变环境温度：①改善热回填材料的方式。它能够增强电力电缆散热的能力，是将热阻系数比土壤系数低且热性能稳定的回填材料代替土壤或空气，从而改变环境温度，提升电力电缆载流量；②进行人工强制冷却的方式来降低电力电缆的环境温度。这样能避免了局部干燥，有效地提升电力电缆的载流量。
（二）电缆群载流量的提升方法
在地下电缆群中，当所有电缆都通过相同的电流时，由于各个电缆之间热效应的不同，每个电力电缆导体温度变化也不一样，这时电缆载流量是由电缆群中导体温度最高的电流来决定的。所以只有采取有效的措施对地下电缆群的载流量进行优化，保持各个电缆导体都处于最高工作温度下运行，就能充分发挥电缆的载流能力。
（三）采用不同的敷设方式
电缆的敷设方式很多，不同的敷设方式对电缆的运行的经济性和可靠性都有影响。下面针对不同敷设方式提出相应的方法来提高电力电缆载流量。
（1）采用直埋的方式。①电缆间距是影响电缆载流量的重要因素。当电缆间距变大，电缆之间的热场作用就减小，电缆及其周围土壤的散热性就会增强，电缆载流量自然就提高了。跟其他的敷设方式相比，直埋不受尺寸的限制，可以灵活调整电缆间距。出于对土地的节约，为提高电缆载流量，在电缆敷设直埋时，根据电缆不同电压等级和敷设条件，电缆之间的间距为0.3m-0.8m是最好的；②直埋时电缆与周围土壤直接接触，在电缆周围就形成了一个高热阻系数的土壤圈，使得导热系数降低，散热性能变差。所以可以添加导热系数较高的回填土，也能提高直埋中电力电缆载流量。
（2）采用排管的方式。排管中空气温度高，热阻大，散热性能差，使电缆的载流量也变小。可以使用的方法有：①在排管周围添加添加导热系数较高的回填土来增加电力电缆的载流量；②在排管内填充高导热率介质来降低电缆导体温度，从而提高电力电缆载流量。
（3）采用电缆沟的方式。电缆沟内的空气是处于密封的状态，温度高，空气流动性差。与外界的空气相比，导热系数降低，散热能力变差。当电缆沟内的电力电缆数量多，且满负荷运行时，电缆沟内的空气温度高、流动性差的特点就严重影响电力电缆载流量。在电缆沟内添加高热导率的沙土是提高电缆载流量的有效方法。高热导率的沙土可以克服空气导热性能差，并提高散热能力，有助于提高电力电缆载流量。
5 结束语
在实际中工作中可以采用降低环境温度的方法来提升电力电缆的载流量。电力电缆的载流量的提升不仅有利于提高电力的输送能力，而且为维持电力运行的经济性和稳定性创造了有利的条件。
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