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1、COMSOL仿真交流电缆的热损耗计算导体损耗电缆导体作为金属材料，本身就存在电阻率和电阻温度系数，例如铜导体的电阻率 为p = 1.7241 * 10-8。* m(20),电阻温度系数为。20 = 3.93 * 1Q-31/K(2O) 9o因此 导体通电后会产生热量。公式如下：Wc =I2 *R(2 - 1)R导体最高工作温度下单位长度的交流电阻，单位：12/mo电缆群在实际工况中会有不同的排列方式，会给导体带来不同的集肤效应和邻近效 应，从而进一步影响导体最高工作温度下单位长度的交流电阻。所以不能直接使用电缆 规格表里的参考数据，需要重新计算。公式如下：R = R(1 + ys+%)(2-
2、2)R导体最高工作温度下单位长度的直流电阻，单位：。/771。%一集肤效应系数。” 邻近效应系数。上式中的R不仅与导体材料有关，还与电缆的最高工作温度有关。公式如下：R=&1 + 戊20(。一20)(2 - 3)Ro20。印寸电缆导体单位长度的直流电阻，单位：Q/mo20 2。窃寸导体材料温度系数，单位：1/K,标准软铜。20 = 3.93E-3。e T流电缆最高工作温度，单位：。(交联)聚乙烯材料最高能承受90。2下面我们来说一说交流电缆的集肤效应和邻近效应。集肤效应交流电缆导体内通有交流电，会产生交变磁场，使电流分不均匀分布，会出现电流 集中在导体表面薄层，并且越靠近导体表面，电流密度会越
3、大，但导体中心部分的电流 密度较低甚至为零的现象，称集肤效应【。在载流量计算中，集肤效应和邻近效应直接影响电缆的交流电阻值，因此不能忽略。 下面根据IEC-60287给出集肤效应系数的相关计算公式：戏=*R、10-7 *Ks(2 4)0 2.8 ys=J92(2-5)LVZ I U.O*2.8 %s 3.8 ys =0.354-/0.733(2 - 7)f一电源频率，单位Hz。%S 一集肤效应过渡系数。(一根据经验值取1。一般情况下，Xs不会超过2. 8,因此大多数场合下都可以套用该公式。对于扇形分 裂导体，在挤压成圆形时，也可以把上述公式作为替代公式。邻近效应工程中往往是多条电缆，多个回路敷
4、设在一起，电缆间会互相影响从而改变电缆交 流电阻值。依据IEC-60287给出的计算公式，可以适应大多数场合的计算【山。对于两根单芯电缆水平排列布置的邻近效应系数yp ：Xp = * 10 - 7 *Kp(2 8)玻 性y* 192 + 0.8*% I”2.9xp一邻近效应过渡系数。Kp根据经验值取1。d一电缆导体轴心间距，单位：mmoDc一电缆导体直径，单位：mmo(2 9)对于三根单芯电缆水平排列布置的邻近效应系数yp ：% = 192竟*%4 6)2 * 0312 修)。十U.U*尢p Cl tt z1.18xp192+0.8*弓卜 0.27(2 - 10)D 电缆导体轴心间距，当轴心间
5、距不相等时，d = 匹记。绝缘损耗绝缘损耗与电压等级有关，相同的绝缘材质在不同的电压等级下也会有不同的绝缘损耗因数值，因此交流电缆热损耗计算中该损耗不可忽略。计算公式如下:W = 0)* C * Uq(2 - 11)心 一交流电缆每相单位长度的绝缘损耗。3 一系统角频率a = 2nf o% 一相电压，单位V。均6 一工频下中高压电缆绝缘材料的损耗因数，聚乙烯材料= O.OOloC一电缆单位电容，单位F/6。C *181n(的(2 - 12) 一工频下中高压电缆绝缘材料的相对介电常数，聚乙烯材料 = 2.25。Dins一电缆绝缘层直径（绝缘屏蔽层除外），单位血机。Dc一电缆导体直径（包含导体屏蔽
6、层），单位nun。注：非屏蔽多芯电缆和直流电缆无需计算绝缘损耗。金属护套损耗交流导线在传递功率的时候，也会在金属护套上形成感应电流，在金属电流的影响下 会造成热损耗I。交流电缆金属套（屏蔽层）的损耗包括环流损耗和涡流损耗因数。详 细计算公式如下：(2 13)A 交流电缆金属套（屏蔽层）功率损耗因数。% 一环流损耗因数。%一涡流损耗因数。当两根或三根单芯电缆水平排列时，可以忽略涡流损耗:(2 14)Rs一交联聚乙烯电缆最高工作温度下金属套或屏蔽的单位电阻，单位0/血。R导体最高工作温度下单位长度的交流电阻，单位：n/moXs一电缆金属套或屏蔽的单位电抗，单位0/6。Rs= 1 + as(3 *
7、rj (2 - 15)Ps20下金属层的金属电阻率，单位：2/rrio铅p5 = 21.4E As一金属层的截面积（圆环面积），单位血血2。% 20下金属电阻的温度系数，单位1/K,金属铅% = 4.0E 3。e一交流电缆最高工作温度，90oT一金属套温度相对于导体温度的比率，与绝缘热阻有关，一般可取0.70.8。Xs= 2a）*10-7 啕）（2 - 16）0）一系统角频率3 = 2nf od电缆导体轴心间距，当轴心间距不相等时，4 = 风石。Dm一金属护套直径，单位TTWl。金属护套热损耗计算会结合铠装层损耗，在下文一同给出。铠装层损耗工频交流电缆的金属护套内层为合金铅或者合金铝，中间为衬
8、垫（省略），外护层为 铠装层。铠装层可使用磁性材料和非磁性材料，为了便于散热通常使用钢丝等磁性材料。对于单芯电缆的铠装层损耗的计算一般与金属护套损耗一起计算，上式中的号替换 成金属电阻与铠装电阻的并联值“8、25（交流电缆的金属层和铠装层经过端点连接）；d替 换成之（以2 + Dj）/2即金属套和铠装层直径的均方根值。经过上述代替后，金属、铠装合并后的环流损耗因数为:A = A2 =(Rs * Ra)/(Rs + 及)2 *23 * 10-7ln(+。/)/2)2(2 - 17)A2一交流电缆铠装层功率损耗因数Da一铠装层直径，单位nwi。可以假设金属套与铠装层的损耗因数近似相等，所以二者总损耗为:(2 - 18)W(M+4)金属套和铠装层总损耗。