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20

2018

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高壓電纜金屬屏蔽層(銅帶)的直流電阻應(yīng)如何計算

作者：

金屬屏蔽不但起到靜電屏蔽的作用，還起到了導(dǎo)通故障電流的作用。因此無論在電纜的選型和電纜的制造環(huán)節(jié)都應(yīng)注意金屬屏蔽的截面滿足短路電流容量。

1、  標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定

中壓電纜的金屬屏蔽有銅帶和銅絲之分，對于金屬屏蔽有如下規(guī)定(黑體字部分)：

Ｇ4 金屬屏蔽

Ｇ4.1 電纜應(yīng)有金屬性屏蔽層,金屬屏蔽有銅絲屏蔽、金屬絲編織屏蔽和銅帶屏蔽等結(jié)構(gòu)型式。

Ｇ4.3 銅帶屏蔽由一層重疊繞包的軟銅帶組成 ，也可采用雙層銅帶間隙繞包 。銅帶間搭蓋率應(yīng)不小于 15％（標(biāo)稱值），其最小搭蓋率應(yīng)不小于 5％。銅帶標(biāo)稱厚度應(yīng)按下列要求選用：

單芯電纜：≥0.12ｍｍ；

三芯電纜：≥0.10ｍｍ。

銅帶的最小厚度應(yīng)不小于標(biāo)稱值的 90％。

GB/T 12706.3的附錄G與GB/T12706.2的規(guī)定基本相同，但增加了“標(biāo)稱截面為 500ｍｍ2及以上電纜的金屬屏蔽應(yīng)采用銅絲屏蔽結(jié)構(gòu)”的規(guī)定。

—91高壓電纜選用導(dǎo)則對金屬屏蔽層截面有如下規(guī)定（黑體字部分）：

5.3 交聯(lián)聚乙烯電纜金屬屏蔽層截面選擇

5.3.1 為了使系統(tǒng)在發(fā)生單相接地或不同地點(diǎn)兩相接地時，故障電流流過金屬屏蔽層而不至將其燒損，該屏蔽層最小截面宜滿足表5要求。

 表5  交聯(lián)聚乙烯電纜金屬屏蔽層最小截面推薦值

系統(tǒng)額定電壓U

kV

6～10

35

63

110

220

330

500

金屬屏蔽層截面

mm2

25

35

50

75

95

120

150

3、銅帶截面的計算

銅帶屏蔽的結(jié)構(gòu)規(guī)定的較為具體，如銅帶的厚度、重疊率等具體工藝參數(shù)。銅帶的截面的寬度一般為30mm,或者35mm,根據(jù)電纜的絕緣外徑而定。銅帶的截面計算方法根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)有兩種：第1種按照IEC949-88:

S=N·W·δ

式中：S—銅帶截面 mm2

N—銅帶層數(shù)

W—銅帶寬度 mm      

δ—銅帶厚度 mm  

按這種方法計算，單芯電纜的銅帶截面為:

1*30*0.12=3.6mm2

或1*35*0.12=4.2mm2,

三芯電纜的銅帶截面為：

3*30*0.10=9.0mm2

或3*35*0.10=10.5mm2

而且銅帶的屏蔽截面與搭蓋率無關(guān)，與絕緣外徑無關(guān)，與銅帶寬度有關(guān)，與實(shí)際情況不符合。

第2種按照環(huán)形截面計算:

S=π·(D+N·δ)·N·δ/(1-K)

式中：S—銅帶截面 mm2

D—屏蔽前外徑 mm

N—銅帶層數(shù)

δ—銅帶厚度 mm

K—重疊率

用這種計算方法可以知道，銅帶的屏蔽截面與搭蓋率有關(guān)，與絕緣外徑有關(guān)，與銅帶寬度無關(guān)，與實(shí)際情況較為符合。考慮到銅帶表面的氧化導(dǎo)致接觸不良，銅帶之間的焊接接頭等因素，以上計算值乘以一個安全系數(shù)來計算承受的短路電流較為妥當(dāng)。

4、短路電流的計算：

根據(jù)IEC949-88,電纜短路過程中，短路容量大，短路時間短，可以看作是絕熱過程(偏于安全)。

式中：IAD—短路電流

K—與載流體有關(guān)的常數(shù)，對于銅取226K(AS1/2/mm2)

S—電纜標(biāo)稱截面,mm2

β—溫度系數(shù)的倒數(shù)-20, 對于銅取234.5, ℃

θf—最終短路溫度，℃

θi—起始短路溫度，℃

t—短路時間，s

以上計算公式并不算復(fù)雜，關(guān)鍵在于起始短路溫度和最終短路溫度的選取。我們知道對于導(dǎo)體的短路電流時，起始短路溫度和最終短路溫度分別取90℃和250℃(由于短路時間不可能達(dá)到5秒，這樣取值偏于安全)。

三芯電纜由于一部分屏蔽在導(dǎo)體中間，起始短路溫度可以直接取90℃，而對于單芯電纜金屬屏蔽層來說，起始短路溫度介于導(dǎo)體溫度與環(huán)境溫度之間，可以參照在流量的計算，不考慮絕緣損耗的影響，可根據(jù)以下公式計算：

θi=θ-I2RT

式中：

θ—導(dǎo)體長期工作溫度,℃

I—導(dǎo)體長期工作電流，A

R—導(dǎo)體工作溫度下的交流電阻，Ω/m

T—絕緣層的熱阻，K·m/W

由此可見，不同的護(hù)層材料、敷設(shè)方式會影響電纜的計算載流量，同樣也影響了電纜金屬屏蔽層的起始短路溫度。

對于最終短路溫度可以參照GB50217－94《電力工程電纜設(shè)計規(guī)范》 中的規(guī)定：

3.7.12電力電纜金屬屏蔽層的有效截面，應(yīng)滿足在可能的暫態(tài)電流作用下溫升值不超過絕緣與外護(hù)層的短路容許最高溫度平均值。

按照此條文，對于交聯(lián)電纜來說，最終短路溫度為250/2+160/2=205℃，而根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)，此值取300℃仍偏于安全。

關(guān)鍵詞：金世紀(jì) 石家莊電纜