電力電纜電氣參數(shù)及電氣特征研究

茍寅武

摘 要：隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電力電纜在現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展中占據(jù)重要的地位，但是基于電纜在達(dá)到一定長度之后，在進(jìn)行交流輸電時，其電纜的功率將沒有辦法輸出，因此研究電纜電氣的參數(shù)及特征具有重要的意義。

關(guān)鍵詞：電力電纜；參數(shù)；特征；研究

受到城市用電需求不斷增長以及環(huán)境意識日益增強(qiáng)的影響，傳統(tǒng)的架空線路輸電設(shè)備已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，因此電力電纜的應(yīng)用在我國城市化進(jìn)程發(fā)展中顯示出了巨大的意義，但是由于電氣電纜在達(dá)到一定長度之后，電氣電纜中的容量輸出將只能滿足電纜自身的功能，造成無功功率的消耗，因此基于提高電力電纜的實際效率，本文以研究電力電纜的電氣參數(shù)特性對提高電纜的運行效率具有重要的意義。

一、電氣電纜電氣參數(shù)的相關(guān)概念

（一）電氣電纜結(jié)構(gòu)介紹

電氣電纜主要分為導(dǎo)體、內(nèi)絕緣層、金屬護(hù)套以及橡塑護(hù)層等：導(dǎo)體的作用就是傳導(dǎo)電流，導(dǎo)體是電纜的主要構(gòu)成部分，根據(jù)導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)其主要有實芯與絞合之分，一般電纜主要應(yīng)用的材料是銅和鋁。但是銅的導(dǎo)電性要高于鋁。同時圓形絞合導(dǎo)體的幾何形狀比較固定，因此其表面的電場也比較均勻；絕緣層。電纜的絕緣層一般包裹在導(dǎo)體的外邊，其主要是隔絕導(dǎo)體以及承受相應(yīng)的電壓，以此防止電流的泄露。一般來說為了減少損耗，我們主要采取介電系數(shù)小、具有高耐溫并且在電纜發(fā)生燃燒時產(chǎn)生濃煙少的介質(zhì)；鎧裝層，該結(jié)構(gòu)主要的作用就是保護(hù)電纜不被外力所損壞，基于電纜的大小，鎧裝的厚度是不相同的。

（二）電纜電氣參數(shù)的介紹

電纜電氣的主要參數(shù)分為一次參數(shù)、二次參數(shù)之說：一次參數(shù)主要是電氣參數(shù)的線芯的有效電阻、電感、電容以及絕緣電阻；二次參數(shù)主要就是波阻抗、衰減常數(shù)以及相移常數(shù)等，二次參數(shù)主要是通過一次參數(shù)的計算而得的，可以說電纜電氣參數(shù)對電纜的重要性是非常大的，比如通過對電纜電氣參數(shù)的計算可以得出電纜各個部分的損耗發(fā)熱，并且通過絕緣電阻、電容的計算可以得出電纜的絕緣層，以此判定電纜的工藝以及使用安全性。

二、電力電纜電氣參數(shù)的計算

電力電纜參數(shù)比較多，而且其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，但是這些參數(shù)之間存在著一定的內(nèi)在聯(lián)系性，雖然電纜說明手冊中標(biāo)注了電纜的電氣參數(shù)，但是由于實際應(yīng)用情況的限制使得電力電纜的實際參數(shù)并不能真正體現(xiàn)出電纜的實際功耗，因此需要相關(guān)人員要對電力電纜電氣參數(shù)進(jìn)行計算：

（一）阻抗矩陣計算原理

阻抗矩陣計算原理主要采用以下公式進(jìn)行：

其中ycs是導(dǎo)體與護(hù)套之間的導(dǎo)納，而yse則是護(hù)套與地之間的導(dǎo)納，gcs是內(nèi)絕緣層間的泄露電導(dǎo)，cse是護(hù)套與地之間的電容。

（二）矩陣計算原理

導(dǎo)體與護(hù)套之間的電容與電導(dǎo)的公式為：

因此其相應(yīng)的電納計算公式為：

（三）power-cabieparam 電纜參數(shù)的計算

線芯導(dǎo)體的自阻抗計算公式：

結(jié)合以上三種計算公式，根據(jù)公式的計算結(jié)果我們清楚的看到每一種計算公式所存在的優(yōu)缺點，但是從整體的準(zhǔn)確性和操作性看，采取第一種計算公式進(jìn)行電纜的電氣參數(shù)計算比較適合。

三、電纜電氣特性分析所依據(jù)的原理

由于電纜的長度一旦超過其自身的容量之后，電纜就會產(chǎn)生更多的無功功率，因此根據(jù)施工要求，我們應(yīng)該采取合適的并聯(lián)電抗器的方式。

（一）線路并聯(lián)補償

無功功率必然會引起不必要的電壓損耗，根據(jù)相關(guān)資料表明地下電纜單位長度的容性電納是架空線路的200%，因此電纜相比架空線路會產(chǎn)生較大的容性無功功率。因此在某種意義上講電纜的長度、電壓等級以及截面等都會對電纜的容性電納產(chǎn)生非常高的影響。因此根據(jù)實際工作需要，我們可以安裝不同的并聯(lián)電抗器：比如在電纜的線路兩端安裝并聯(lián)電抗器，一般在線路的每階段都要安裝并聯(lián)電抗器，因此導(dǎo)致電纜線路按照并聯(lián)電抗器的數(shù)目比較多，因此需要我們假設(shè)電纜線路上的并聯(lián)補償都是均勻的。

1.均勻并聯(lián)補償

實踐證明，均勻的在電纜線路上并入電感以補償均勻分布的電纜容性電納是不現(xiàn)實的，因此我們可以假設(shè)在電纜沿線每隔一段距離之后就插入一個具有感性的電納值的電抗器，這樣并入電抗補償后的電纜單位長度的導(dǎo)納公式計算應(yīng)該為：

根據(jù)該公式可以準(zhǔn)確的計算出并聯(lián)補充度的數(shù)值，因此計算出電纜的長度設(shè)置，最終得到經(jīng)過均勻補償后的電纜線路的傳輸矩陣。

2.集中并聯(lián)補償

雖然并聯(lián)均勻補充具有很強(qiáng)的補充性，但是其實際操作性能不高，因此我們可以通過計算得到均勻并聯(lián)補充的數(shù)值，然后在將確定的數(shù)值集中到并聯(lián)補充的結(jié)構(gòu)中?；趯嵺`工作經(jīng)驗，當(dāng)被補充的電纜線路超過25km時，需要將電纜按照長度大小進(jìn)行劃分，一般要根據(jù)具體的計算公式劃分為n個分段，然后在分別安上并聯(lián)電抗器。

（二）電纜線路傳輸矩陣

根據(jù)上述分析，r、l以及c是線路的四個一次參數(shù)，因此根據(jù)矩陣公式，當(dāng)送端電流、送端電壓、送端電流以及電壓發(fā)生變化時，電纜的運行情況也要發(fā)生變化。

1.電纜運行的特征分析

根據(jù)上述綜述，電纜輸電過程中尤其是長距離的輸電，電纜要受到電壓以及電流的限制，而且電纜的絕緣材料也要受到絕緣介質(zhì)的影響，因此電纜上的任何一點約束條件都將影響電纜的安全運行。約束條件主要包括：一是電纜的相導(dǎo)體電流是在穩(wěn)定的載流容量中的，但是基于現(xiàn)實用電需求的變化，很多時候相導(dǎo)體電流會超過電纜字?jǐn)?shù)的容量，進(jìn)而產(chǎn)生了對電纜安全運行構(gòu)成影響的因素；二是不管有無負(fù)載，電纜都應(yīng)該保持在相應(yīng)的穩(wěn)定電壓下并且不能超過最高的有效值電壓。比如運行中的電纜其兩端的工作頻率電流不能超過電纜穩(wěn)定工作的負(fù)荷。而且電纜的一端一定要保證電壓的固定，將電壓設(shè)定為420V。

綜上所屬，電纜的電氣特征主要包括：一是改變改變電纜并聯(lián)補償度。在進(jìn)行電氣分析時，電纜線路傳輸矩陣的確定有十分重要的作用，可以通過傳輸矩陣確定電纜的電流和電壓，從而確定沿線路電壓和電流的變化情況。電纜在運行過程中，并聯(lián)補償十分重要，通過改變電纜并聯(lián)補償度，能準(zhǔn)確的掌握不同并聯(lián)補償過程中，相應(yīng)沿線路各點的電壓、電流改變情況，合理的電纜并聯(lián)補償能降低電纜線路的電壓損耗，有利于電流幅值的平穩(wěn)，從而確保電纜線路的穩(wěn)定運行；二是改變電纜阻抗。電纜阻抗相角的改變對電纜電流、電壓的變化有很大的影響，同時改變電纜阻抗的幅值也會對電流、電壓變化造成影響，因此，可以通過對電纜線路的電流、電壓進(jìn)行分析，合理的改變電纜阻抗，從而推動電纜線路電流、電壓變化的平穩(wěn)。

由于電氣參數(shù)對電纜的輸電功能有很大的影響，因此，我們要認(rèn)真分析電纜的電氣參數(shù)，快速準(zhǔn)確的計算出電氣參數(shù)，并對電氣特性進(jìn)行詳細(xì)的分析，從而為電力系統(tǒng)電纜傳輸?shù)姆€(wěn)定發(fā)展提供保障。

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