淺析按短路熱穩(wěn)定條件計算電纜線芯允許最小截面

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1、淺析按短路熱穩(wěn)定條件計算電纜線芯允許最小截面(2010-07-30)　　1引言　　為了迅速提高城市電網(wǎng)的裝備數(shù)量，改善自動化和管理水平，消除向用戶輸變電的瓶頸環(huán)節(jié)，國家投入了大量資金進(jìn)行城市電網(wǎng)的改造和建設(shè)。改造的主要范圍是加快110kV及以下配電網(wǎng)的建設(shè)和改造。大城市增加220kV終端變電站的建設(shè)，中等城市增加110kV終端變電站的建設(shè)，增加變電站的布點。隨著220kV和110kV終端變電站的逐步建成和投運(yùn)，10kV短路容量急劇上升，往往按載流量及經(jīng)濟(jì)電流密度選擇出的電纜芯線截面不能滿足熱穩(wěn)定條件要求。早在1959年西北電力設(shè)

2、計院曾對電纜在短路電流作用下進(jìn)行了試驗考察：未符合熱穩(wěn)定要求的截面偏小的電纜，出現(xiàn)了油紙絕緣鋁包被炸裂、絕緣紙燒焦、電纜芯被彈出、電纜端部冒煙等危險癥狀。工作實踐中由于未按熱穩(wěn)定選擇截面導(dǎo)線的事故，屢屢發(fā)生。近年如某鋼廠有3次電纜事故都均源于此因。以上事實已說明選擇電纜芯線截面必須滿足熱穩(wěn)定條件?！　?按短路熱穩(wěn)定計算電纜芯線允許最小截面　　按短路熱穩(wěn)定條件計算電纜芯線允許最小截面，可由下式確定：式中：S--電纜線芯截面，mm2Qt--在計算時問內(nèi)短路電流的熱效應(yīng)，A2oSC--熱穩(wěn)定系數(shù)It--t秒內(nèi)設(shè)備允許通過的熱穩(wěn)定電流有

3、效值，st--設(shè)備允許通過的短路熱穩(wěn)定電流時間，S校驗短路熱穩(wěn)定所用的時間t，按下式計算：t=tj+fF式中：tj--繼電保護(hù)裝置后備保護(hù)的動作時間，sfF--斷路器的全分閘時間，s3。計算實例某單位設(shè)計使用1臺S10-1000／10和1臺S10-630／10型電力變壓器，聯(lián)結(jié)組別均為Dynll。該變壓器由城區(qū)變電站供電，配電室距變電站約500m，采用10kV電纜引入高壓配電室。城區(qū)變電站裝設(shè)2臺SFZ一50000／110型電力變壓器。2臺變壓器并列運(yùn)行時，取基準(zhǔn)容量100MVA，電路元件的電抗標(biāo)幺值X*=0.26455。當(dāng)10

4、kV母線發(fā)生短路時，其短路容量為375MVA，短路電流為20.79kA，電纜每km的電抗X*=0.0726，則電纜的全電抗X*=0.0363，當(dāng)電纜末端發(fā)生三相短路時，經(jīng)計算，短路電流為18.28kA，即It為18.28kA。選用YJV22-8．7／15kV型交聯(lián)聚乙烯電纜，電纜線芯截面s與允許載流量Ia1。的關(guān)系見表1。表1S與Ia1對應(yīng)關(guān)系S/mm2Ia1?(A)空氣中敷設(shè)40℃(銅)埋地中敷設(shè)25℃(銅)3×351481633×501801813×702252233×952672653×1203063023×1503463

5、353×1853943773×2404654373×300530493(目前國內(nèi)各種電纜標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計手冊中采用的電纜允許載流量數(shù)據(jù)各不相同、也不準(zhǔn)確，建議采用IEC60502-2：2005所列數(shù)據(jù)為好。)。(1)按載流量選擇電纜線芯截面。電纜導(dǎo)體的Ia1，不得小于其通過的計算電流I30，即Ia1≥I30。已知I30為94.1A，查表1選用線芯截面為35mm2的電纜。(2)按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇電纜芯線截面。經(jīng)濟(jì)電流密度計算公式為Ses=I30／jec(2)式中：Ses--經(jīng)濟(jì)截面，mm2jec--經(jīng)濟(jì)電流密度，A／mm2年最大負(fù)荷利用

6、小時數(shù)取6000h時，YJV22-8．7／15kV型交聯(lián)聚乙烯電纜對應(yīng)的jec為1.09，代人式(2)，得Ses=I30／jec=94.1／1.09≈86.33(mm2)按經(jīng)濟(jì)電流密度應(yīng)選用線芯截面為95mm2的電纜。(3)按滿足短路熱穩(wěn)定條件計算電纜芯線的允許最小截面。已知It為18.28kA；t按接入后備保護(hù)時間計，取1s；查lEE標(biāo)準(zhǔn)，交聯(lián)聚乙烯銅芯電纜的C為143。代入式(1)，得?=18280/143≈127.83(mm2)可見，如需滿足熱穩(wěn)定條件，電纜線芯截面應(yīng)為150mm2。4結(jié)語(1)按允許載流量選擇電纜芯線截面

7、，可使電纜溫升不超過絕緣材料的最高允許溫度，以保證電纜長時間安全運(yùn)行，同時又可使電纜的投資較小，所以一般情況下，即可確定電纜芯線截面的下限。(2)按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇出的電纜芯線截面一般比按照載流量選擇的電纜芯線截面大一些，但線路損耗要小得多。(3)對非熔斷器保護(hù)回路，短路電流作用于纜芯產(chǎn)生的熱效應(yīng)，滿足不會影響電纜絕緣的暫態(tài)物理性能的要求，可維持正常使用，且能使含有電纜接頭的導(dǎo)體連接可靠；對于分相統(tǒng)包電纜，在短路電流電動力作用下不致危及電纜構(gòu)造的正常運(yùn)行。因此，滿足熱穩(wěn)定條件選擇電纜芯線截面還是有必要的。采用短路熱穩(wěn)定條件選擇電

8、纜的線芯截面S，是在110～220kV超高壓電纜設(shè)計時必須進(jìn)行的一項計算，但在10kV中壓電纜設(shè)計中往往忽視了這項計算。此文列舉的例子說明，對10kV中壓電纜進(jìn)行短路熱穩(wěn)定計算是必需的。