排管敷設(shè)電纜的載流量計(jì)算與優(yōu)化排列

李攀峰，李春筱，馮 炳

（國網(wǎng)浙江省電力公司紹興供電公司，浙江 紹興 312000）

排管敷設(shè)電纜的載流量計(jì)算與優(yōu)化排列

李攀峰，李春筱，馮 炳

（國網(wǎng)浙江省電力公司紹興供電公司，浙江 紹興 312000）

排管敷設(shè)是目前電力電纜的主要敷設(shè)方式，利用鏡像法和疊加原理,建立了排管敷設(shè)時(shí)電纜載流量的計(jì)算模型，運(yùn)用推導(dǎo)出的公式計(jì)算雙回和四回排管敷設(shè)時(shí)每回電纜的載流量，給出了載流量最優(yōu)的電纜排列方案。

電力電纜；排管；載流量；排列方式

地下電力電纜的敷設(shè)主要有土壤直埋、排管、溝槽和隧道4種方式，隨著城市電纜線路的日益增多，排管敷設(shè)逐漸成為電纜線路敷設(shè)的主要方式。當(dāng)電纜多回路排管敷設(shè)時(shí)，不同相位排列方式，電纜的鄰近效應(yīng)不同，計(jì)算出的載流量也不同，通過對電纜相位進(jìn)行優(yōu)化排列，可以降低鄰近效應(yīng)的影響，從而提高電纜的載流量。

本文計(jì)算并比較多種排列方式下電纜的載流量，最終給出載流量最優(yōu)的電纜排列方案。

1 計(jì)算假設(shè)條件

選取型號為YJLW03 64/110 kV 1×630 mm2的交聯(lián)聚乙烯絕緣波紋鋁護(hù)套縱向阻水中密度聚乙烯+聚氯乙烯雙護(hù)套電力電纜進(jìn)行計(jì)算分析。該電纜由內(nèi)向外依次為導(dǎo)電線芯、導(dǎo)體包帶、導(dǎo)體屏蔽層、絕緣層、外屏蔽層、墊包帶、皺紋鋁護(hù)套、外護(hù)套和手導(dǎo)電涂層，其結(jié)構(gòu)尺寸見表1。電纜的敷設(shè)條件見表2。

表1 電纜結(jié)構(gòu)尺寸

表2 電纜使用環(huán)境條件

2 計(jì)算模型

2.1 載流量的計(jì)算公式

與其他敷設(shè)方式相比，除了絕緣熱阻、護(hù)層熱阻，電纜排管敷設(shè)時(shí)還應(yīng)考慮管道中的外部熱阻，它主要由3部分組成，即電纜表面的管道內(nèi)表面之間空氣熱阻、管道本身熱阻、管道外部熱阻。電纜排管敷設(shè)時(shí)，假設(shè)電纜護(hù)層中沒有電流，因電纜無鋼帶和鋼絲鎧裝，護(hù)層損耗可忽略不計(jì)；而電纜穿管埋設(shè)在水泥排管中，如果水泥有足夠的寬度和厚度，也不存在土壤中水分遷移問題，根據(jù)傳熱學(xué)原理，電纜的載流量計(jì)算公式可以簡化為：

式中：v為干燥和潮濕土壤域熱阻系數(shù)之比率；R為最高運(yùn)行溫度下導(dǎo)體單位長度的交流電阻；Δθc為土壤臨界溫升，即高于環(huán)境溫度的干燥與潮濕土壤邊界的溫升；Wd為導(dǎo)體絕緣介質(zhì)損耗；T1為導(dǎo)體絕緣層的熱阻；T2為電纜外護(hù)層熱阻；T3為電纜表面與管道之間的熱阻；T4為管道中的外部熱阻。

式（1）中各參數(shù)，除T4外，其他僅與電纜的結(jié)構(gòu)尺寸及其導(dǎo)體電阻有關(guān)，通過計(jì)算或查閱相關(guān)圖表可以求得，與電纜的敷設(shè)方式無關(guān)。

2.2 管道外部熱阻T4

T4不僅與外界敷設(shè)的方式相關(guān)，而且還涉及到其他電纜對被計(jì)算電纜的影響。因此，以下討論排管敷設(shè)下T4的計(jì)算。

圖1 電纜敷設(shè)于排管混凝土模型

當(dāng)排管嵌入混凝土中時(shí)，其熱阻由 2項(xiàng)組成：第一項(xiàng)假定管道外部全部為混凝土?xí)r的熱阻，但實(shí)際上一部分是混凝土，另一部分是土壤；第二項(xiàng)即考慮到實(shí)際情況的校正項(xiàng)。設(shè)定以電纜軸心為中心，以db直徑以外區(qū)域?yàn)橥寥?。db（僅對y/x≤3時(shí)有效）由式（2）給出：

語文新課標(biāo)指出：語文這一門學(xué)科在與語言的應(yīng)用上具有綜合性的同時(shí)還有實(shí)踐性。有了這樣的認(rèn)識后，現(xiàn)如今的小學(xué)語文課正在逐漸發(fā)生改變，不再是以往空洞式的說教，現(xiàn)在開始重視對詞語的品讀，對句子的賞析，不再是死板地只學(xué)習(xí)書本上的知識，更重視課外拓展了，使語文教學(xué)回歸了本真。這種目的在于學(xué)生的語言能力，重點(diǎn)是在語言和文字的應(yīng)用，通過進(jìn)行語言文字扎實(shí)的訓(xùn)練使語文回歸到本真，我們把這稱為“語用型教學(xué)”。本文對部編版三年級語文“語用型教學(xué)”措施展開分析，指出“語用型教學(xué)”的教學(xué)策略。

式中：db為混凝土包方的等效直徑；x為混凝土排管的寬度（與地面平行）；y為混凝土排管的高度（與地面垂直）。

混凝土包方深度即為混凝土圓柱體離地面距離Lb，則混凝土包方等效幾何因數(shù)為：

式中：Gb為混凝土包方的幾何因數(shù)，Gb在不同的x/y比值下近似拋物線。

按傳熱學(xué)原理，同時(shí)把土壤和水泥的熱阻看成均勻熱阻系數(shù)的介質(zhì)，單根電纜管道以外的熱阻T4用鏡像法求得，其計(jì)算公式為：

式中：ρT為混凝土土壤熱阻系數(shù)。

當(dāng)排管中敷設(shè)有多根電纜時(shí)，此時(shí)電纜管道外部熱阻T4需要考慮其他多根電纜發(fā)熱對某根電纜溫升的影響，可采用疊加原理，即多根電纜在某處產(chǎn)生的溫升（實(shí)際溫升）等于每根電纜在該處分別產(chǎn)生的溫升之和。假設(shè)排管電纜的數(shù)量為n，則水泥、土壤、電纜發(fā)熱對第k根電纜產(chǎn)生的溫升Δθk為：

式中：Δθkk為第k根電纜本體發(fā)熱所產(chǎn)生的溫升；為其他電纜對第k根電纜產(chǎn)生的溫升。

式中：W1，W2，…，Wn分別為第1，2，…，n根電纜的損耗功率；dkn為第n根電纜與第k根電纜間的距離為第n根電纜鏡像點(diǎn)與第k根電纜間的距離。假設(shè)排管中每根電纜的損耗功率相等，則：

根據(jù)式（7）可以推出多根排管敷設(shè)時(shí)的電纜管道外部熱阻T4為：

根據(jù)式（8）求出T4后，同時(shí)求出其他相關(guān)參數(shù)代入式（1），即可求出多根電纜排管時(shí)的載流量。

3 排列方式對載流量的影響

排管敷設(shè)時(shí)電纜的排列方式主要有“一”字形、三角形和垂直3種方式?！耙弧弊中闻帕蟹绞接欣谏?，但會(huì)產(chǎn)生電磁場的不平衡，特別是在雙端接地時(shí)，金屬套將產(chǎn)生較大的環(huán)流損耗；三角形排列不利于散熱，但電磁場比較平衡，對外電磁場影響較小。垂直排列時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生電磁場的不平衡問題，同時(shí)下相電纜不易散熱。根據(jù)電纜在排管中敷設(shè)時(shí)載流量推導(dǎo)公式，分別計(jì)算雙回路和四回路電纜排管多種排列方式下的載流量，比較得出載流量最優(yōu)的電纜排列方案。

3.1 雙回路電纜排列方式對載流量的影響

雙回路排管按8+2孔布置，其中6孔為電纜孔，2孔為電纜故障備用孔，2孔為電纜回流孔，選取了排管敷設(shè)的6種電纜回路排列方案，如圖3所示。

圖3 雙回路排管6種排列方案

在單端接地方式下，計(jì)算得出的載流量如表3所示。由表3可看出：方案一的載流量最大，電纜電磁場較平衡，倒置的三角形布置使下相電纜散熱影響降至最小，而且雙回路之間電磁場互不干擾，損耗最??；除方案五外，其他方案載流量大致相當(dāng)，但由于受回路之間的電磁場影響及埋設(shè)深度增加，載流量均比方案一小。故在雙回路排管敷設(shè)時(shí)，從載流量最大的角度考慮，推薦兩個(gè)倒置三角形水平布置，即方案一。

表3 雙回路電纜排管6種排列方案下的載流量

3.2 四回路電纜排列方式對載流量的影響

四回路排管按14+4孔布置，其中12孔為電纜孔，2孔為電纜故障備用孔，4孔為電纜回流孔。本文選取了四回路排管敷設(shè)的5種電纜回路排列方案，如圖4所示。

圖4 四回路電纜排管5種排列方案

在單端接地方式下，計(jì)算得出的載流量如表4所示。從表4可以看出，與雙回路敷設(shè)時(shí)比較，當(dāng)多根電纜密集敷設(shè)時(shí)，多回路電纜將產(chǎn)生電磁和熱的相互影響，因而損耗將增大，散熱效果差，載流量將隨回路數(shù)的增多而減小。當(dāng)電纜采用四回水平三角形排列時(shí)（方案一），電纜載流量最大，主要因?yàn)槿切闻帕袝r(shí)電磁場較為均勻，回路之間影響小，且單層布置因埋深小而散熱性能好，但此方案對電纜的通道寬度要求高，在路徑緊張區(qū)域難以實(shí)施。方案二中電纜均為水平排列，相對方案一每回電纜載流量減少5.1%，但該方案對電纜通道寬度要求僅為1.5 m，實(shí)用性強(qiáng)。

表4 四回路電纜排管5種排列方案下的載流量

當(dāng)四回路電纜采用方案五中“一”字形垂直排列方式敷設(shè)時(shí)，載流量最大為599 A，較雙回路敷設(shè)時(shí)（686 A）下降了將近13%，且第二、三層下降更多，主要是由于電纜回路之間電磁場影響加大，造成電纜損耗增加，同時(shí)四回路垂直布置散熱性能較差，載流量必然受影響。受上下相鄰回路及電纜敷設(shè)深度影響，方案三與方案五載流量相當(dāng)。方案四載流量最小。

故在四回路排管敷設(shè)時(shí)，從載流量最大的角度考慮，當(dāng)路徑通道寬度允許時(shí)，推薦方案一，其次為方案二；在通道緊張區(qū)域，宜采用方案五。

4 結(jié)論

（1）利用鏡像法和疊加原理，建立了排管敷設(shè)時(shí)電纜載流量的計(jì)算模型，重點(diǎn)論述了管道外部熱阻T4的計(jì)算方法，推導(dǎo)出了排管中電纜載流量的計(jì)算公式。

（2）分別計(jì)算了雙回路和四回路電纜排管敷設(shè)時(shí)多種排列方式下的載流量。在雙回路排管敷設(shè)時(shí)，推薦2個(gè)倒置三角形水平布置，即方案一，此方案載流量最大。在四回路排管敷設(shè)時(shí)，從載流量最大的角度考慮，當(dāng)路徑通道寬度允許時(shí)，推薦方案一，其次為方案二；在通道緊張區(qū)域，宜采用方案五。

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（本文編輯：方明霞）

Ampacity Calculation and Optimized Arrangement of Cables in Ducts

LI Panfeng，LI Chunxiao，F(xiàn)ENG Bing
（State Grid Shaoxing Power Supply Company，Shaoxing Zhejiang 312000，China）

Duct is one of the main laying methods of power cable，A model for calculation of the ampacity of cables installed in ducts is established by the mirror method and superpos ition principle in this paper；by use of deduced formula，ampacity of cables in the double and four-trow ducts is calculated.The paper also puts forward the optimal arrangement scheme of cable.

power cable；duct；ampacity；arrangement mode

TM757

B

1007-1881（2015）12-0019-05

2015-05-05

李攀峰（1983），男，工程師，從事輸電線路設(shè)計(jì)工作。