单芯钢丝铠装电力电缆载流量试验研究模板

资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。单芯钢丝铠装电力电缆载流量试验研究何文钧张举位摘要:经过对铠装和非铠装、采用和不采用铜丝隔磁等结构的单芯电力电缆进行载流量试验,证明单芯铠装电力电缆的铠装层会产生大量的损耗,大大降低了电缆的载流量水平。采用一般的铜丝”隔磁”方式也不能有效降低铠装层损耗。关键词:单芯钢丝铠装电力电缆、载流量、试验问题的提出单芯钢丝铠装电力电缆是一种常规产品。电线电缆制造厂基本上是依据有关国家标准进行设计和生产。GB12706规定”单芯电缆铠装应采用非磁性材料或采用减少磁损耗结构”;GB2952进一步规定”交流单芯电缆应采用非磁性材料铠装。当采用钢丝铠装时,应采用非磁性材料将其至少分成大致四等分。”在实际生产中基本上是采用四根铜丝把铠装钢丝大致分成四等分来生产,这种结构也为一般用户所认可。而有关铠装层对电缆载流量的影响因为认为采取了上述措施之后已减少到可忽略不计。那麽是不是果真如此呢。3月份,我公司供给遵义铁合金厂一批YJV328.7/10kV1×400mm2交联电缆。该电缆单独为一台电炉变压器供电,负载电流约650~700安培(最大730安培)。电缆散热条件最差的地方在电缆隧道中。电缆隧道左右各有五层电缆托架,电缆托架一边放一些小电缆、控缆、照明线等,另一边放电力电缆。托架高度间隔约400mm,电缆隧道内温度约26~27℃,(环境温度约10℃),隧道采用鼓风机强迫通风。我们提供的电缆单独放在一层托架上,电缆水平敷设,电缆间隔大致保持有一根电缆直径,电缆屏蔽铜带和铠装钢丝两端接地。据该厂介绍,电缆运行4小时后,电缆护套表面温度可达90℃以上。最初我们以为是由于电缆铜带和钢丝两端接地所致,要求对方改为单端接地后再试,结果情况依旧。我们又看了敷设在其它地方的几根电缆,一处为上述同型号同规格电缆,负载电流约400安培,护套表面温度手感最热处为52℃,(露天敷设、三角形排列、三根电缆紧挨,气温约10℃)。另一处电缆为YJV1×240mm226/35kV,负载电流约550安培,6根电缆垂直平行敷设,间隔为0~30mm,电缆表面温度手感最热处为27℃,一般仅22~23℃(气温约10℃)。至此我们意识到单芯钢丝铠装电缆异常发热的原因可能与铠装有关,应该对其进行必要的试验来验证。2、试验2.1试验目的a)研究单芯钢丝铠装层对电缆载流量的影响;b)研究用非磁性材料(铜丝)分隔铠装钢丝(即所谓的隔磁)的效果;c)确定单芯钢丝铠装电力电缆的载流量。2.2试验方案按实验目的设计进行两组试验:a)采用三种不同结构(非铠装、钢丝加铜丝铠装、全钢丝铠装)单芯电缆在同一负载电流下进行温升试验,并对试验目的a)、b)进行对比研究;b)采用单芯钢丝加铜丝铠装电缆进行不同负载电流下的载流量试验,确定其适宜的载流量。2.3样品样品为铜芯8.7/10kV1×240mm2交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套电力电缆,采用以下三种不同结构:非铠装型;b)钢丝铠装,采用4根铜丝把铠装钢丝大致等分为4部分;c)全钢丝铠装(不加铜丝)。样品结构尺寸见表1表1:样品结构参数表单位:℃样品类型样品参数非铠装电缆钢丝加铜丝隔磁铠装电缆全钢丝铠装电缆导体直径18.518.518.5导体屏蔽厚度0.970.970.97绝缘厚度4.734.734.73绝缘屏蔽厚度0.920.920.92铜带结构1×0.121×0.121×0.12挤内垫前直径32.032.032.0内垫厚度——1.41.4铠装前直径——34.834.8钢丝直径——2.02.0铠装后直径——38.838.8外护套厚度1.42.12.1电缆外径34.842.942.92.4试验装置采用三只10kVA穿心式变压器加热,三只穿心式变压器的电流能够单独调节。电源为普通的三相交流电。电缆采用三角形排列,电缆相互紧挨在一起,电缆对地面的间隔约40mm。电缆的导体、屏蔽铜带、钢丝和护套外表面分别放置热电偶,测量装置采用一只精度为0.02%数字电压表,各热电偶间经过一只B365型无热电势开关转换进行测量。试验结果见表2、表3、表4。表2:单芯铜丝四分隔钢丝铠装电缆温升情况单位:℃测温点时间导体铜带钢丝电缆表面环境温度8:3020.820.820.820.820.88:4537.035.836.630.020.89:0043.041.040.535.920.99:1551.048.348.739.020.99:3056.553.453.540.820.99:4561.157.057.142.921.010:0063.759.659.744.521.010:1566.762.562.446.921.110:3068.363.763.647.621.110:4570.565.965.951.721.111:0072.168.067.952.721.111:1574.768.968.853.321.111:3076.470.069.854.221.212:0081.576.776.563.521.213:0090.583.983.769.821.213:3095.487.887.671.621.214:0096.988.188.071.921.214:3097.488.488.272.421.215:0097.388.488.372.421.2表3:三种结构样品稳态下各部分温度单位:℃样品类型测温点非铠装电缆实测值钢丝加铜丝隔磁铠装电缆实测值全钢丝铠装电缆实测值环境温度21.821.220.8导体67.697.397.6铜带58.488.488.5钢丝——88.288.3电缆表面55.672.472.6表4:铜丝四分隔钢丝铠装电缆不同负载下各测量点温度(稳态下)单位:℃负载电流测温点350(A)实测值450(A)实测值550(A)实测值环境温度22.621.921.2导体67.480.697.4铜带58.671.888.4钢丝58.571.588.2电缆表面48.759.172.4试验结果分析3.1铠装电缆和非铠装电缆试验结果对比分析从表2能够看出,在试验达到热平衡以后铠装电缆和非铠装电缆的导体温度相差很大,原因何在。从电缆结构分析,铠装电缆比非铠装电缆多了一层内垫和一层铠装,这一方面使电缆增加了一个垫层热阻,另一方面则使电缆外径增大,增大了电缆的散热面积,从而降低了电缆的外部热阻。两者的绝对数值都很小,且两者的作用是相互抵消的,对电缆的温升影响有限,显然不可能使两种电缆的温升产生如此大的差异。从物理性能来分析,钢丝为磁性材料,它处于交变磁场中会使磁场显著增强并产生涡流损耗和磁滞损耗,这种损耗是除导体外能产生热量的惟一来源,因此导致单芯铠装电缆温升明显增大只能是由钢丝的涡流损耗和磁滞损耗所致。从表2中还能够看出,在试验中当电缆温度还未达到平衡之前,钢丝的温度明显比铜带的温度高。假定钢丝没有损耗的话,这种现象与热力学原理是相矛盾的。这也从另一个方面证明钢丝中确实产生了较大的损耗。另外从表3中还能够发现铠装电缆的钢丝与电缆表面之间的温差比较大,而非铠装电缆铜带与电缆表面之间的温差则较小(两者与电缆表面均只隔一层护套),如果铠装层不发热的话,那末钢丝与电缆表面的温差应该与非铠装电缆差不多。这也是铠装钢丝中有较大损耗的又一有力佐证。3.2”隔磁”与”不隔磁”铠装电缆试验结果对比分析从表2的试验数据能够看出,这两种铠装电缆的温升无明显差异,亦即”隔磁”的作用不明显。从”隔磁”这种结构分析,其目的实际上是要增大磁路的磁阻,从而减小钢丝中的磁感应强度,以求减小钢丝损耗,但试验结果为什麽显示其作用不明显呢。我们分析:a)铠装钢丝由多根组成,在电缆的任一断面上(即沿磁力线方向上),钢丝间或多或少总会有一些间隙(GB2952规定允许有不大于一根钢丝直径的间隙)。也就是说,磁路中存在非磁性间隙。b)铠装钢丝是镀锌钢丝,锌是非磁性材料,每相邻两根钢丝之间有两层锌层厚度的非磁性间隙,设电缆铠装有n根钢丝,则由镀锌层形成的非磁性间隙有2n倍锌层厚度。因此即使不加铜丝分隔,整个铁磁体(钢丝)构成的磁路也存在不小的非磁性间隙,再增大非磁性间隙,已不能有效地减小铠装层中的磁感应强度。因此钢丝中加铜丝隔磁对进一步减小铠装层的涡流损耗和磁滞损耗并无明显作用。3.3载流量试验分析根据试验结果,当负载电流为350安培时,样品的温升约45℃,考虑标准条件下导体温度为90℃,此时导体的电阻比本试验样品电阻略大一些,导体损耗也会大一些。因此我们认为YJV321×240mm28.7/10kV交联电缆适宜的载流量为350安培左右,大约是同规格非铠装电缆载流量的65%左右。需要说明的是,本试验是在8.7/10kV、1×240mm交联电缆上进行的,对其它规格电缆是否完全适合,尚需做进一步的验证。结束语本文主要介绍了我们对单芯钢丝铠装电缆所进行的有关载流量的试验情况,由于载流