电力电缆主要电气参数计算及计算实例.docx

1 •设计电压电缆及附件的设计必须满足额定电压、雷电冲击电压、操作冲击电压和系统最高电压的
要求。其定义如下：
额定电压
额定电压是电缆及附件设计和电性试验用的基准电压，用UO/U表示。
U0 一一电缆及附件设计的导体和绝缘屏蔽之间的额定工频电压有效值，单位
为kV；
U一一电缆及附件设计的各相导体间的额定工频电
压有效值，单位为kV。
雷电冲击电压
UP一一电缆及附件设计所需承受的雷电冲击电压的峰值，既基本绝缘水平
BIL,单位为kV。
操作冲击电压
US 一一电缆及附件设计所需承受的操作冲击电压的峰值，单位为kVo系统最高 电压
Um 一一是在正常运行条件下任何时候和电网上任何点最高相间电压的有 效
值。它不包括由于故障条件和大负荷的突然切断而造成的电压暂时的变化，单位为kV。
定额电压参数见下表（点击放大）
O 1175kV操作冲击电压的峰值为5kV； 950kV操作冲击电压的峰值为
330kV.
2 •导体电阻
导体直流电阻
单位长度电缆的导直流电阻用下式计算：
式中：
R，单位长度电缆导体在0 °C温度下的直流电阻；
A导体截面积，如导体右n根相同直径d的导线扭合而成，A=n n d2/4;
P20 一一导体在温度为20°C时的电阻率，对于标准软铜P20二Q - mm2/m：对于标准
硬铝:P 20= Q * mm2/m；
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a 一一导体电阻的温度系数（1/°C）；对于标准软铜：二。C・1：对于标准硬 铝:二°C-
1；
kl 一一单根导线加工过程引起金属电阻率的增加所引入的系数。一般为
（线径越小，系数越大）；具体可见《电线电缆手册》表3-2-2；
k2用多根导线绞合而成的线芯，使单根导线长度增加所引入的系数。对于实心线
芯，二1；对于固定敷设电缆紧压多根导线绞合线芯结构，二
（2mm2 以下）〜（240mm2 以上）
k3一一紧压线芯因紧压过程使导线发硬、电阻率增加所引入的系数（约）
k4 一一因成缆绞合增长线芯长度所引入系数，对于多芯电缆及单芯分割导线结构5〕
(约)
kb因考虑导线允许公差所引入系数，对于紧压结构，约；对于非紧压
型,k5二[d/ (d-e) ] 2 (d为导体直径,e为公差)。
20°C导体直流电阻详见下表(点击放大):
以上摘录于《10(6)kV〜5kV电缆技术标准》(Q/GDW37l-29)o
导体的交流电阻
在交流电压下，线芯电阻将由于集肤效应、邻近效应而增大，这种情况下的电阻称为有效电阻或交流电阻。
电缆线芯的有效电阻，国内一般均采用IEC-287推荐的公式：
R 二 RZ(1+YS+YP)
式中：
R—最高工作温度下交流有效电阻，Q/m:
艮一一最高工作温度下直流电阻，Q/m；
YS集肤效应系数，YS二XS4/(192+,
XS4 二(8nf/R，X10 - 7kS)2；
YP邻近效应系数，YP=XP4/ (192+ (Dc/S) 2 {(Dc/S) 2+ [XP4/( 192++]},
XP4= (SHf/R7 X10-7kP) 2。
XS4 一一集肤效应中频率与导体结构影响作用；
一一邻近效应中导体相互间产生的交变磁场影响作用；XP4.
f-频率；
De线芯直径，m；
S一一线芯中心轴间距离
ks 一一线芯结构常数，分割导体ks二，其他导体ks二；kp 一一线芯结构系
数，分割导体kp二，其他导体kp二对于使用磁性材料制做的铠装或护套电
缆，Yp和Ys应比计算值大70%，即：
[1+(YS+YP)]，R二R电缆的电感3•自感则单位长度线芯自感：10-7 )=
XLi=2W/(I2L)=nO/(Sir 式中：；Li单位长度自感'H/m ； ，0=4 n X10-7H/m 真
空磁导率，U 0以上一般是实心圆导体，多根单线规则扭绞导体如下 表：。10-
7H/mXLi二因误差不大，计算一般取.
高压及单芯敷设电缆电感
对于高压电缆，一般为单芯电缆，若敷设在同一平面内(A、B、C三相从左至 右排列，
B相居中，线芯中心距为S),三相电路所形成的电感根据电磁理论计算 如下：
对于中间B相：
LB 二 Li+21 n(2S/Dc)X 10-7(H/m)
对于A相：
LA=Li+21 n(2S/Dc)X 10-7-a (21n2) X10-7(H/m)
对于c相:
LC=Li+21 n(2S/Dc)X 10-7-a 2(2 ln2) X10-7(H/m)
式中：
实际计算中，可近似按下式计算：
LA 二 LB 二 LC 二 Li+21n(2S/Dc) X10-7(H/m)
同时，经过交叉换位后，可采用三段电缆电感的平均值，即：
L=Li+21 n(2X(S 1S2S3) 1 /3/Dc)X 10-7(H/m)二 Li+21n(2X21/3S/Dc) X10-7(H/m)对于
多根电缆并列敷设，如果两电缆间距大于相间距离时，可以忽略两电缆相互影 响O
三相电缆的电感
主要计算中低压三相电缆三芯排列为“品”字形电缆。根据电磁场理论，三芯电缆工作
电感为：
L=Li+21n(2S/Dc)X10-7
式中：
L 一一单位长度电感，H/m；
S电缆中心间的距离，m；
若三芯电缆电缆中心间的距离不等葩，或单芯三根品字排列时三相回路电缆的电感按下
式计算： 式中：
SI、S2、S3
电缆各相中心之间的距离，mo

4.电缆金属护套的电感
三角排列
三根单芯电缆按等边三角形敷设的三相平衡负载交流回路，护套开路，每相单位长度电
缆金属护套的电感为：
Ls=21 n(S/rs)X 10-7(H/m)
式中：
rs 一一电缆金属护套的平均半径，mo
等距直线排列.
三根单芯电缆按等距离平面敷设的三相平衡负载交流回路，护套开路，每相单位长度电缆金属护套的电感为：
对于中间B相：
LSB=21n (S/rs)X10-7(H/m)
对于A相：
LSA=21 n(S/rs)X 10-7-a (21 n2)X 10-7(H/m)
对于C相：
瘗玖盼/暗粉彷褊2 n2)X-Wm)
SI、S2、S3
电缆各相中心之间的距离，mo

式中：
三相平均值：
任意直线排列
LS=21 n(S/rs)X 10-7+2/3?ln2 X10-7(H/m)
三根单芯电缆平面敷设的三相平衡负载交流回路，电缆换位，护套开路，每相单位长度电缆技术护套的电感为：
LSB=21 n(((S 1S2S3)1 /3) l/3/rs)X 10-7(H/m)
5.电缆电抗、阻抗及电压降
电抗
电缆的电抗为：
X 二 3L( Q/m)
式中：
L 一一电缆单位长度的电感，H./m;
3 二 2 f。
阻抗
电缆的阻抗为：
Z= (R2+X2) 1/2 (Q/m)
式中：
R____-电缆单位长度的交流有效电阻，Q/m。
电压降
电缆的电压降为：
△U 二 IZ1 (V)
式中:
I导体电流，A; 1 —电仑览长度'mo
6. 电缆的电感
电缆的电容是电缆中的一个重要参数，它决定电缆线路的输送容量。在超高压电缆.
线路中，电容电流可能达到电缆额定电流的数值，因此高压电缆必须采取
措施(一般采取交义互联)抵消电容电流来提高缆线路的输送容量。
电缆电荷量与电压的的比值则为该电缆的电容。
相电压：
U=Q/(2 n eOe). ln(Di/Dc)
所以电缆单位长度的电容为：
C=q/u=2 n e 0 e/ln(Di/Dc)
式中：
Di-一绝缘外径，m；
绝缘介质相对介电常数，交联聚乙烯E二，聚乙烯£二，聚氯乙烯
=,F/m：
£0真空绝对介电常数，eO=X 10-12, F/m：
7. 计算实例
一条电缆型号YJLW02-64/110-1X630长度为23m,导体外径De二30mm，绝 缘 外径Di二65mm，电缆金属护套的平均半径rs二，线芯在20° C时导体电 阻率P2O=X1O-6Q. m,线芯电阻温度系数a=°C-l, klk2k3k4k5Al，电缆间距1mm，真空介电常数e0=X10-12F/m，绝缘介质相对介电常数£二，正常运行时载流量
420A。计算该电缆的直流电阻，交流电阻、电感、阻抗、电压降及电容。计算如下：
1. 直流电阻
根据直流电阻公式：
得：
R! = X1O-6(1+ (90-20))/(630 XI0-6)
22X10-4( Q/m)
该电缆总电阻为R=X 10-4X23= (Q)
2. 交流电阻
由公式 YS 二 XS4 心 92+, XS4= (8 兀 f/Ri X10-7kS) 2 得：
XS4= (8XX50/X 10-4) X 10-14=
YS 二(192+X 二
由公式 XP4= (8 n f/R9 X10-7kP) 2 得：
XP4=(8 X X 50/X 10-4) X10-14=
由公式 YP 二 XP4/(192+ (Dc/S) 2 {(Dc/S) 2+ [XP4 心 92++]}得：
YP 二(192+X (30/1) { (30/1) + (192+X + }=
有公式 R 二 R(1+YS+YP)得:
R 二 X 10-4 (1 廿二 X 10-4 ( Q /m))
Q 23= (X10-4X RZ二该电缆交流电阻
3. 电感
由公式L二Li+21n(2S/Dc) X 10-7得到单位长度电感：
Ll= XI0-7+2In (2 XI/65)X 10-7= XI0-7 (H/m)
该电缆总电感为L= X10-7X 23= X 10-3H
4. 金属护套的电感
由公式LS=21n(S/rs)X 10-7+2/3?ln2X 10 - 7得到单位长度金属护套的电
感：
LSI 二 21n (1/X 10-7+2/3?ln2X10-7
=X10-7H/m
该电缆金属护套的电感为LS二X 10-7H/mX23=X 10-3H
5. 电抗、阻抗及电压降
由公式X二3L得到电抗：
X 二 2 JifXXlO—3 二 Q
由公式Z 二(R2+X2) 1/2得到阻抗：
Z 二(+ ) 1/2=0
由公式ABIZI得到电压降为：
△U 二 5 X Q 二
电容6.
由公式C=2 n e 0 e /ln(Di/Dc)得到单位长度电容:
C1=2X X X 10-12 X Ln (65/30) = X 10-6F/m
10-3F
X 23= X10-6X C二该电缆总电容为