电气化铁道275k铜芯交联聚乙烯绝缘.docVIP

PAGE PAGE 8 电气化铁道27.5kV铜芯交联聚乙烯绝缘 电缆短路电流的计算 杭州电缆有限公司 张晓明，华建飞 摘要：本文重点阐述城市轨道交通线供电系统用27.5kV铜芯交联聚乙烯绝缘电缆，导体及屏蔽本体承受短路电流及电缆载流量两大重要电气参数的计算方法。 关键词：金属屏蔽 短路电流 电容 载流量 1 引言 随着城乡电网的改造和城市轨道地铁工程的普及，使得对高压交联聚乙烯电缆的需求与日剧增，为了确保电缆安全的运行，各工程招标书都对电缆本体承受短路电流及电缆载流量的计算有明确规定，不仅要达到招标书中规定的短路电流和指定环境下载流量的指标，而且要列出详细的计算过程和引用公式，本文拟采用IEC-986和IEC-949推荐的短路电流绝热法和非绝热法和IEC287标准来阐述电缆本体承受的短路电流的计算方法。 电缆短路温度是指载流体(如导体、金属套、金属屏蔽等）在短路持续时间小于5秒情况下的实际温度,它受载流体邻接材料的限制。 推荐的允许短路温度是IEC 949出版物根据各权威机构采用的限定值范围而定的,大多数是从安全角度考虑的。一般情况下,1.8/3(3.6)～18/30(36)kV 电缆的短路温度限定值主要取决于不损伤其绝缘性能。绝缘性能的损伤主要取决于电缆类型,如聚合物绝缘电缆半导电屏蔽的粘合程度可能是决定限定值的关键。 2 导体及金属屏蔽允许短路电流的计算 2.1 导体及金属屏蔽短路电流要求 金属屏蔽层结构设计由疏绕软铜丝及铜带组成，铜丝表面应用反向铜带扎进，其金属截面要求：导体截面150mm，大于等于25 mm；导体截面185 mm，大于等于35 mm。设计截面应满满足短路电流容量的要求。根据TB/T 2822-1997的规定:标称截面150mm，故障短路电流为6000A/1s; 标称截面185mm，故障短路电流为7000A/1s; 作者简介：张晓明、工程师、杭州电缆有限公司、311400 华建飞、高级工程师，杭州电缆有限公司、311400 2.2允许短路电流 电缆中任何载流元件,其额定短路电流的计算方法都采用绝热方法,即在短路时间内,热量保留在载流体内。实际上在短路时,一些热量会传入相邻接的材料中去,并非是绝热的，但按最极端条件计算,其计算结果是偏于安全的。下面分别介绍按绝热法和非绝热法两种计算方法。 2.2 对于电压1.8/3(3.6)～18/30(36)kV的电缆，IEC-986 (1989)标准推荐的短路电流计算公式中忽略热损失。采用绝热方法导出的公式对大多数情况是准确的。任何误差都是偏于安全的。对任何初始温度从绝热温升方程中导出短路电流公式如下: 屏蔽起始温度和最终短路温度 在本计算过程中金属屏蔽层的最终短路温度取250℃，短路起绐温度根据电、热场方程推导出的温度方程式计算： 式中： Tm = 导体最高温度 ℃ T0 = 环境最高温度 ℃ Tr = 金属屏蔽层起始温度 ℃ ?? = 铠装材料热阻系数 k.m/W ?? = 绝缘热阻系数 k.m/W ?? = 外护套热阻系数 k.m/W D0 = 导体外径 mm Dr = 金属屏蔽外径 mm D = 隔离套外径 mm DX = 铠装层外径 mm D = 电缆护套外径 mm 采用IEC 986－1989推荐绝热过程短路电流计算公式计算在任何初始温度从绝热温升方程中导出短路电流计算公式如下： 式中： K ＝与载流体材料有关的常数，As/mm 铜：226；铝：148. S ＝ 电缆或金属屏蔽的标称截面，mm2； ＝ 导体或屏蔽的短路电流（绝热过程）A； t ＝ 短路时间，s； ＝ 0时载流体电阻温度系数的倒数；234.5 θf ＝ 最终短路温度，对于铜导体取250℃； θi ＝ 起始短路温度，对于XLPE绝缘导体取90℃ ＝20℃时导体的比热， 3.45×10-6J/m3K； ＝20℃时导体的电阻率；0.017241×10-6Ω·m 2.2.2非绝热法计算短路电流 IEC 949-1988提出按非绝热效应计算允许短路电流的方法。热损耗进入绝缘介质的容许量可用一个因数来实现,既可对短路能量的输入修正,也可对允许最高温度修正,这里选择前者,与其改变进入绝缘介质的热损耗总量, 倒不如对材料的允许温度保持恒定,因数ε被定义为绝热和非绝热能量输入的比值,因为短路的持续时间,直接作用在导体上两种情况是一样的。 （1）非绝热法计算短路电流 非绝热方法计算允许短路电流的公式为: IS = ε×IAD IS - 允许短路电流 (A) IAD - 基于绝热而