時間：2023-09-08 17:00:29
序論：在您撰寫電力電纜計算方法時，參考他人的優秀作品可以開闊視野，小編為您整理的7篇范文，希望這些建議能夠激發您的創作熱情，引導您走向新的創作高度。
摘要：大跨徑的鋼管混凝土拱橋因其優美的造型以及適用的經濟性，當今得到了迅速發展。大部分鋼管混凝土拱橋，尤為大跨徑多采用無支架纜索吊裝法和千斤頂鋼絞線斜拉扣掛法施工。針對這種多節段的吊裝施工的方法，需要精確計算其索力，以保證施工過程中扣索的安全性以及成橋后全橋結構合理的受力和成橋線形滿足設計要求。
關鍵詞：鋼管混凝土拱橋無支架纜索吊裝施工扣索索力計算
在大跨度鋼管混凝土拱橋的無支架纜索吊裝施工中，扣索的索力是需要十分重視的控制條件。為了盡可能精確計算扣索索力，必須了解各種扣索索力計算方法特點，以選擇合理的計算方法。
1、常見扣索索力計算方法
1.1有限元法
有限元法的基本原理是將求解域看作由許多極小的互連子域組成，該小的子域稱即稱為有限元，然后對每一單元假定一合適的近似解，進而推導求解這個域總能滿足的條件然后得出解。該方法得出的是一個近似解，而非精確解。然而就大多實際問題都是難以得出精確解的，同時有限元法得出的近似解的精度已經足夠滿足解決實際問題的需要，且能適應各種復雜形狀，因而能有效的應用與工程的計算分析中。
1.2零位移法
零位移法的基本原理是按照橋梁的施工加載順序，在分段吊裝計算時于每段扣索處虛擬一個支座約束，利用相關的力學知識，加上每個階段各支座反力為零的條件，可以求解出各扣索在各吊裝階段的索力值。其計算原理十分簡單，且各個階段無需設置預抬值。但是由于是按照橋梁的施工加載順序計算，在吊裝一個節段時，前面扣索的力以及控制的標高都需要調整。在實際施工中十分繁瑣，尤其是對于節段較多的情況，更是容易因為頻繁的調索導致拱肋截面應力超限甚至在某些拉索處出現不符合實際情況的負值。
零位移法要求在索力計算過程中以考慮成橋預拱度后的設計拱軸線作為調索的目標線形，虛擬一個支座以替代扣索扣點處，用以約束扣點處的豎向和縱向位移。由力學知識即可計算出支座反力，進而算出扣索索力。如此即可保證在該索力下達到虛擬支座同樣的效果，即扣點出位移始終為零。
1.3定長扣索法
與零位移法相反，定長扣索法不是按照施工和加載順序計算的。而是按照與實際施工加載相逆的順序，逐步倒拆，即根據倒退分析法，確定扣索的放樣長度?？紤]了在實際施工中依靠后續的加載對前面扣索造成的彈性伸長，也同時考慮了彈性伸長后的扣索對后續吊裝階段的的影響?？梢允垢鞫慰鬯鲬ο鄬鶆?，而且在后續節段的吊裝過程，不需要重新張拉或者松弛已張拉扣索，并且可以使已張拉扣索的應力保持在一個范圍內，不會出現過大浮動，而且全橋可以達到設計的軸線位置。
在使用定長扣索法確定索力時，其基本原理是按照倒退分析發確定放樣扣索長度的，以此確定扣索初始應力的。在計算分析過程中，需要注意前面扣索的非線性影響要比后面扣索的非線性影響要大。
2、索力計算方法的比較
2.1有限元法：在有限元法提出的初期，因其需要龐大的計算量，其使用范圍受到局限，然而在計算機普及的今天和隨著計算機的計算能力越來越突出，計算量不再是影響其使用的最大因數甚至出現了專門的有限元計算軟件。針對扣鎖索力的計算，可根據施工圖紙建立有限元的模型，由于建模時候通常是假設拱肋階段在扣索張拉以后，扣索扣點位置即達到設計拱軸線和標高，所以建模時候的標準模型是以考慮考慮過預拱度后的設計拱軸線作為模型。因其扣點位移始終為零，故有限元法在原理上與零位移法有一定的類似。
2.2零位移法：零位移法的關鍵是將扣點約束虛擬成支座約束，在考慮預拱度后的設計拱軸線作為標準線形的條件，保證虛擬的支座約束（扣點約束）處的位移始終為零，可以計算出豎線和軸向兩個方向的支反力，進而可得出相應扣索索力和索力增量。雖然在保持其位移始終為零的條件下，可以保證施工過程中扣點位置始終在設計線形位置，但是由于后續節段的施工會對前面扣點位置造成變化，所以在后續節段施工時需要對前面扣索重新張拉，使得施工繁瑣；同時由于是將扣索虛擬為支座的，在虛擬條件下，支座可以提供各個方向支反力，所以經常會出現在后續節段施工時發現早期張拉扣索出現承壓的情況，顯然與實際情況不符；實際中線形出現偏差時，也難以用零位移法調整，拱肋軸線最終會出現“馬鞍形”，所以零位移法在施工施工中對扣索索力的計算指導性不強。
2.3定長扣索法：定長扣索法是按倒退分析法先確定扣索放樣長度。即在張拉早期扣索時，就考慮了后續吊裝節段和扣索對該扣索的影響，然后使其最終達到考慮預拱度后的設計線形。相對零位移法而言，它不需要每吊裝一個新的節段就對前面扣索重新調力，而且不會出現類似零位移法中某些扣索承壓的情況，同時各個扣索的力在各節段的吊裝時均不會出現太大波動，安全性較強。但是，定長扣索法是先計算各節段拱肋預抬高度，來確定張拉的扣索需要的索力，可能會出現即使扣索索力達到極限強度也未能使拱肋達到預抬高度。同時由于索力與預抬值滿足拱軸線的組合有任意多組，故該法所得出的組合可能是滿足施工條件中但它并不一定是施工的最優方法。
3、結語
在大跨度鋼管混凝土拱橋無支架纜索吊裝施工過程，控制纜索索力顯得十分重要，單一采用上面某一種計算方法有時候會顯得不足，經常需要多種方法進行同時計算對比方能得出比較滿意的結果。
參考文獻：
關鍵詞：電纜載流量；計算方法；研究與策略
中圖分類號：TM247 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2013） 24-0000-01
近年來，我國電力電纜的鋪設量不斷提升，但是只有數量上的增長，沒有質量上的提高，將無法真正促進我國電纜運行的穩定發展?；谶@一點，有必要對我國電纜載流量的計算方法進行研究，并結合我國電纜載流量計算實際情況進行有效的改進，從而實現高效的電纜載流量計算工作。
一、電纜載流量的定義闡述與計算問題類型
（一）電纜載流量的定義闡述
電纜載流量的基本定義為：某電纜線路在輸送電能的過程中，會通過電流量，當熱穩定條件形成的時候，電纜的導體就會達到長期允許工作的溫度，這時候就稱為電纜長期允許載流量。具體而言，可以將其分為三個類型：第一，長期運行持續額定電流，該載流量一般是電纜的芯溫達到了九十攝氏度的時候，所進行的穩定工作電流。第二，短時允許過載電流，當絕緣電纜已經超載的時候，限定最高溫度為一百三十攝氏度，允許的實踐要控制在100小時內，且這種情況不能超過5次。第三，瞬時短路電流，持續時間必須在5秒以內，且限定溫度為250攝氏度。
（二）電纜載流量計算問題類型
目前我國電纜載流量計算出現的問題主要表現在兩個方面，一是計算標準不統一，二是計算有誤差。所謂計算標準不統一，主要是指在進行電纜載流量計算的時候，因為基于的標準不同，如IEC標準、NM理論、有限元法、有限差分法等等，導致電纜載流量計算出現解析計算與數值計算這兩種方法，因此在具體的計算工作上存在不同選擇。計算有誤差則是由于電纜載流量的具體情況不一樣，通常是受到電纜敷設、實際運行等情況的影響，這就導致了電纜載流量的計算結果無法與理論值相匹配。因此，加強電纜載流量計算方法的研究，進一步提高計算準確度，是相關研究者需要重點關注的內容。
二、電纜載流量兩種計算方法分析
（一）電纜載流量解析計算
電纜載流量解析計算，主要依靠的是NM理論、IEC標準，其適用范圍主要是簡單的電纜系統，優勢在可直接計算。IEC標準與NM理論在本質上是相同的，但是相比較而言，IEC標準更為準確、科學。IEC60287是目前國際通用的標準之一，在各國電纜載流量計算中提供著非常重要的作用。NM理論通過參考電纜的集合參數、敷設條件等，將串聯的熱阻進行計算，利用函數關系來進行計算。
（二）電纜載流量數值計算
電纜載流量數值計算主要用到了有限元法、有限分差法、邊界元法等等，廣泛應用于電纜的載流量計算工作中。有限元法對復雜的邊界條件處理具有比較明顯的優勢，在不同時期，各國研究者對其計算方式進行了一定的修正與使用，如我國梁永春等人所建立的電纜群溫度場模型。邊界元法是以選擇的函數來滿足支配方程，進而使這些函數逼近邊界條件，雖然其可以解決物理場受時間影響而產生的變化問題，但是由于邊界過于復雜，導致計算量很大。有限差分法被應用的實踐很早，目前仍在國際上通用，其主要原理是將物理場中歲發生的問題變化轉換為離散系統的問題，然后計算求解。
三、提升我國電纜載流量計算精確度的合理策略
（一）加強電纜載流量計算方法研究工作，培養專業人才與組建研究團隊
提升電纜載流量計算精確度的首要方面，應該從源頭上著手，加強對相關計算方法的研究工作，在高校、專職院校中培養專業性的人才，并通過組建研究團隊的方式，加快電纜載流量計算方法研究的進程，從而為其帶來更加科學、先進的計算方法。以目前我國在這方面所具備的專業人員數量和質量來講，還存在著很多問題，電力專業人員中對電纜載流量計算方式的研究者仍然缺乏，培養專業性人才已成為重要內容。
（二）系統化整理電纜載流量計算方法，加深國內外相關技術的交流與合作
我國目前從事電纜載流量計算的工作人員與研究人員，在所使用的具體方法上存在著一定的差異性，形成的計算經驗也有多又少，計算的實際效果也有高有低，所以必須要對我國電纜載流量計算方法進行全方面、科學化、系統化的整理與分析，進一步完善計算方法。另外，國外電纜載流量計算方法與我國相比較，由于計量設備、研究環境的不同，導致兩者之間有著一定的差距，因此要加深國內外相關計算方法的交流與合作，促使電纜載流量計算方法得以完善。
四、結束語
隨著國內電纜的敷設開始面向密集化、多變化發展，在電纜載流量計算上所遇到的問題也更加明顯，如何正確有效地使用相關計算方法，精確的得出電纜載流量，不僅是電力工作者需要高度重視的內容，同時也是致力于電纜載流量計算研究者所關心、努力的方向。綜上所述，我國電纜載流量計算方法的準確度提升，應該加強電纜載流量計算方法研究工作，培養專業人才與組建研究團隊，統化整理電纜載流量計算方法，加深國內外相關技術的交流與合作，從而實現相關計算方法的新突破。
參考文獻：
[1]鄭雁翎，王寧，李洪杰.電力電纜載流量計算的研究與發展[J].電線電纜，2010（02）.
【關鍵詞】電纜制造商；生產成本分析
0 引言
中、低壓電力電纜是電力建設工程中的一類主要物資。也是相關建設、需求單位物資采購工作的重要內容，其采購發生頻次高、涉及金額大。中、低壓電力電纜（以下簡稱電纜）采購供應工作的完成質量，將直接影響到工程質量、工程進度以及項目建成以后的安全運行。
在當前的市場經濟條件下，電纜制造商數量眾多，規模參差不齊，個體差異性較大，市場競爭激烈。電纜采購需求單位在采購中，如一味追求低價，在采購價格低于國標電纜成本價的情況下，供應商必然難以保證提供國標產品；如采購價過高，則又將影響建設需求單位自身的成本。因此，研究并掌握電纜制造商的生產經營成本，在保證采購需求單位、電纜制造商和電力用戶等相關各方合法利益的前提下，以最合理的價格采購到符合國家質量標準的電纜產品，對于相關各方都具有重要意義。
作為即將踏上社會參加祖國建設的現代大學生，我們應秉持學以致用、理論服務于實踐的原則。因此，成立專項課題，研究分析電纜制造商的成本非常有必要。
1 電纜生產經營成本的計算原理及方法
制造商在電纜的生產、經營各環節中發生的成本包括電纜制造商在生產過程中的主材料成本、輔助材料成本、能耗成本、折舊成本、工時成本、管理成本、技術研發與質量保證成本、財務成本等。只有知己知彼，電力企業方能在電纜采購的招標、競爭性談判等工作中掌握主動。
電纜制造企業的生產經營過程，同時也是費用發生、成本形成的過程。成本計算，就是對實際發生各種費用的信息進行處理。
第一，因為電纜是作為制造商耗費各種投入品后形成的產出物，是“制造”活動取得的直接成果，即產品。所以我們確定電纜產品作為對制造商的成本歸屬計算的對象。
第二，由于現代電纜制造企業的生產都是采用流水線作業的形式，連續不斷的大量生產、不斷完工。在這種情況下，只有人為地劃分成本計算期，一般是以一個月作為一個成本計算期。
第三，因為電纜產品生產工藝的特點是：生產要分若干個步驟，必須按順序進行，不能顛倒、不能并存，中間有半成品，要到最后一個步驟完成才能生產出產成品，是典型的連續性復雜生產。所以應采用分步法作為成本計算的方法，以每個步驟的半成品和最終電纜產品為成本的計算對象。
2 正確劃分電纜制造商各項費用的界限，確定成本費用的范圍
電纜制造企業發生的費用有很多項目，總體上可以分為“產品成本”與“期間費用”兩大類。
2.1 “產品成本“簡單地可以分為“直接材料”與“制造費用”二個項目。根據成本管理中“誰消耗、誰負擔”的原則，凡電纜生產過程中消耗的各種主材料成本、輔助材料成本，都應列入“直接材料”項目；生產過程中消耗的直接人工工時、所需的能耗、設備折舊、質量保證、原材料損耗、維護維修費用等，應列入“制造費用”項目。
2.2 技術研發、運輸、管理費用、財務費用等，則應列入“期間費用”。以上兩大類費用的合計，在每個月的成本計算時，經過產品總量的分攤以后，最終以每規格、單位長度的電纜產品成本的形式體現。
10kV、1kV電力電纜產品主要由導體、絕緣、保護層三大要素構成。電纜產品的各種主材料和輔助材料的直接成本計算方法均為：生產消耗重量乘以材料的采購單價。因此有必要研究電纜結構重量的常用計算方法。
3 電纜產品成本的計算方法
3.1 “直接材料”項目的計算
就一個電纜規格型號而言，某一項材料的分項成本計算方法為：該材料的采購單價乘以消耗重量。該規格所有主材料和輔助材料的成本總和即為該規格的直接材料項目成本?，F以在生產中使用量較大的10kV銅芯交聯聚氯乙烯絕緣電力電纜YJV22-8.7/15kV 3×300規格和1kV交聯聚乙烯絕緣電力電纜YJV22-0.6/1kV 4×150規格為測算規格，以2014年09月01日為測算時間點，具體計算“直接材料”項目成本如下：
導體的價值最高，導體部分的成本平均約占電纜產品總成本的80%左右。制造商銅材價格取自長江有色金屬交易網每日公布的電解銅現貨價格（含升跌稅和交割費），在此基礎上附加1500元/噸的加工費即為制造商無氧圓銅桿的采購價。2014年09月01日無氧圓銅桿價格為52元/kg。
XLPE 絕緣料其價格總體上與LLDPE期貨價格相關。電纜制造商的絕緣料都是向其上游供應商采購，在電纜行業，相關高分子材料的市場比較成熟、價格比較穩定。通過對浙江省三家知名電纜生產企業開展調研后發現，2014年09月的相關原料價格如下：
根據上述原材料的采購單價，再結合前述的每公里電纜結構計算重量，可以計算出兩個測算規格的“直接材料”成本為：
3.2 “制造費用”成本項目的計算方法
制造商在生產過程中消耗的直接人工工時、所需的能耗、設備折舊、質量保證、原材料損耗、維護維修費用等，均列入制造費用項目。通過對我省三家知名電纜生產企業開展調研后發現，“制造費用”成本額度一般是在“直接材料”成本的基數上，增加5個百分點左右。
3.3 “期間費用”的計算方法
制造商在經營過程中的技術研發、運輸、管理費用、財務費用等，均列入“期間費用”。同樣，經過調查統計后發現，“期間費用”額度一般是在“產品成本”的基數上，增加8個百分點左右。
綜上所述，“產品成本”和“期間費用”合計可得，兩個測算規格電纜的最終成本為：
4 結束語
由于電纜制造過程中，生產工藝門類多、物料流量大、專用設備多、工序復雜，且每一個電纜制造商的具體情況又不盡相同，因此要精確掌握電纜制造商的產品成本，是一項比較復雜的工作。本文旨在嘗試提供一種方法，即從電纜結構重量計算出發，結合原材料的市場價格，通過計算主材料和輔助材料成本，從而推算出“直接材料”成本，并綜合電纜制造企業在生產經營過程中的“制造費用”與“期間費用”項目，匡算出電纜產品成本，以達到建設需求單位在電纜采購中知己知彼、掌握主動的目的。也作為現代大學生，應用課堂的理論知識，研究社會生產實際中具體問題的嘗試。
參考文獻：
[1]王永維.電纜制造生產工藝初探[J].科技創新與應用，2013，（15）：102.
關鍵詞：電纜電氣；計算方法；參數計算；工程施工；聯網；供電 文獻標識碼：A
中圖分類號：TM246 文章編號：1009-2374（2016）20-0072-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.20.035
進入21世紀后，全球經濟和科技都得到了飛速發展，并且隨著人們環保意識的提高，新能源的應用得到了進一步推廣。目前，聯網和供電是人們生活中不可或缺的兩部分，而聯網與供電二者在具體實施過程中，都需要以電纜作為載體。同時，電纜具有占地面積小、可靠性高、搭設簡單、信息傳輸快等多項優點，因此在許多領域都得到了廣泛的應用。在應用電纜過程中，要做好電氣參數計算與分析，這對電纜的應用有著重要影響。
1 各種電纜電氣參數算法介紹
1.1 方法一
對電纜在應用過程中，利用多導體對構建電纜的電路模型進行科學分析，如果在電纜的實際應用過程中，沒有鎧裝層存在，那么在實際操作中，本應當由3根單芯電纜所構成的輸電線路，則會包含6根導體以及與大體進行連接。需要注意的是，這6根導致相互之間要保護平行，同時每根導體要與地面保持平行。阻抗矩陣型的計算原理如下：如果在分析過程中dij≤0.135DcA，在具體計算過程中則可以對Carson-Clem公式進行應用，彎沉對電纜阻抗矩陣的計算，單位為Ω/km。
在式（1）和式（2）中，ri表示的為單位導體內電阻值的大小，在具體計算過程中，需要對鄰近效應和集膚效應進行充分考慮，如果再對導體進行分割處理，那么在具體操作過程中，如果對導體進行上漆處理，可以有效地降低各種效應的發生情況。通常來說，在上述公式中的DCA=660，這也被稱“Carson深度”，而在這個小公式中，表示土壤的電阻率的，單位為Ω?m；表示頻率，單位為Hz；dij表示兩個相鄰導體之間的距離，單位為m。
1.2 方法二
電纜電氣參數的計算也可以通過Matlab中的power cableparam功能完成，通過相關圖形用戶界輸入相應的參數，從而獲得電纜的ELC矩陣。下面針對power cableparam電纜參數的計算方法進行重點介紹：
在式（3）中，RC（dc）表示通過導體的直流電阻；RC（E）表示導體的大地的回流電阻值，通過實際測量可知，該數值的大小為π2×104f，單位為Ω/km；
k1=0.0529f/（3.048×60），表示頻率因數，單位為Ω/km；De=1650為導體是等效大體回路的距離，單位為m；GMR表示導體的幾何半徑大小，單位為m。
在計算過程中線芯之間的阻抗計算如式（4）所示：
式（4）中的GMD表示相鄰導體之間幾何的平均距離，其中n表示所有導體間距的總數，通常來說，并不需要利用此公式完成對GMD的計算，而是作為輸入參數直接獲取。
護套自阻抗的計算通過式（5）完成：
在式（5）中，Dn表示內絕緣層和相導體平均半徑之間的距離大小，單位為m。
護套間與線芯之間的電阻為：CCS=。在上述公式中，假定是XLPE絕緣層，εCS表示內絕緣層的相對介電常數；dia、doa分別表示內絕緣層和外絕緣層半徑的大小，單位為m。
1.3 方法三
交流電阻計算，在電纜中導體與護套之間電阻的計算應當依據式（6）進行計算。
在式（6）中，R（ac）以及R（dc）表示的為電纜導體，后者為護套中的交流電或直流電，電阻值的大小，單位為Ω。在具體計算過程中，對于三芯、雙芯、單芯不同類型的電纜來說，y值都應當取1。如果電纜屬于管道類型，y的取值將會有所變化，通常應當為標準取值的1.5倍，因為常規取值為1，因此在管道電纜中，y的取值應當為1.5。在式（6）中，ks表示集膚效應系數，而kp表示相鄰近效應系數。在具體計算過程中，電路中直流電阻的計算如式（7）所示：
在式（7）中，ρ表示整條電力電阻率的大小，單位為Ω?m；A表示電纜導體標截面面積的大小，單位為m2；θ表示電纜運行過程中，電纜的溫度，單位為℃。
2 三種方法的計算結果與對比
對電纜電氣參數的三種計算方法進行了詳細介紹，下面采用不同方法進行計算，獲取的電感、電阻、電容部分參數，在具體操作過程中，電纜的排列方式的種類有很多，主要針對帶鎧裝電纜和不帶鎧裝電纜兩種情況進行下，1根三芯電纜或3根單芯電纜程等邊三角形的排列的情況機型對比分析。
2.1 沒有鎧裝層電纜
沒有鎧裝層電纜呈等邊三角形排列時，3根電纜之間距離完全相同，表1為3種不同計算方法下，得到的電阻矩陣中的部分參數；表2中表示的則為電感矩陣中的部分參數，在表中，C表示導體，S表示護套，下腳標表示導體的具體編號，例如S2C1表示為2號電纜的護套與1號電纜導體之間的互電感或互電阻。電纜電容的矩陣參數詳細信息如表3所示：
通過表1、表2、表3將各項參數輸入，然后依據阻抗推導公式，對沒有鎧裝的等邊三角形序列的阻抗進行計算，通過計算結果可知，正序阻抗和負序阻抗兩者的數值相等，并且在正序電感和零序電感達到一定頻率后，兩者的數值趨近相等，但是如果在具體電纜鋪設過程中，電纜為平鋪，正序電感和零序電感的頻率范圍將會存在較大差距。
2.2 鎧裝電纜
在對鎧裝電纜進行分析時，假設鎧裝層的材料為鋁，開組層的內徑大小為0.0689m，外徑的大小為0.07988m，電阻率的大小為3×10-8m，對電纜的橫截面積進行量測，通過量測得到電纜橫截面積大小為0.0028m2，電纜的相對磁導率大小為1.5，電纜外層的橡膠互層的厚度為0.003m，相對介質常數大小為2.5。其余參數，例如護套、線芯等，都與沒有鎧裝電纜的參數相同。表4、表5分別對比了方法二和方法三兩種計算方法所獲得的電阻、電容參數，這主要因為power cablepram算法不能用于對沒有鎧裝電纜參數的計算。
3 結語
綜上所述，電纜電氣參數計算過程中可以采用不同的方法進行，不同的計算方法取得的效果不同。本文主要分析了三種不同的計算方法，從電纜電氣參數計算的準確性和便捷性來看，在計算中應用方法一是最佳選擇。
參考文獻
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關鍵詞：XLPE電纜；線芯溫度；熱路模型；暫態線芯溫度
中圖分類號： TN911⁃34； TM247文獻標識碼： A文章編號： 1004⁃373X（2014）08⁃0009⁃03
Calculation method of XLPE cable conductor temperature
JIANG Xiao⁃Bing1，2
（1. College of Electrical Engineering， Changsha University of Science and Technology， Changsha 410004， China；
2. Changsha Power Co.， Ltd.， Hunan Huadian， Changsha 410203， China）
Abstract： To monitor the running state and improve the power supply reliability of XLPE cable， the calculation method of XLPE cable conductor temperature is researched in this paper. To simplify the analysis and calculation， the lumped parameter method is used to character each layer structure of the cable， the steady⁃state thermal circuit model of the lumped parameter is established according to the characteristics of short laying distance of the power distribution cable， and then the formula of conductor temperature and carrying capacity is derived. The effectiveness of the method is verified by experimental analysis. The calculation method of conductor temperature considering the transient process is discussed. It provided a reference for on⁃line monitoring of running status of the cable.
Keywords： XLPE cable； cable conductor temperature； thermal circuit model； transient conductor temperature
0引言
隨著交聯聚乙烯（XLPE）電力電纜在配電網中使用量的逐年增加，相應的診斷維護工作也越來越重要。線芯溫度作為XLPE電纜的一個重要運行參數，是判斷電纜運行狀態及其實際載流量的重要依據[1]：正常運行時，電纜的線芯溫度不超過交聯聚乙烯的最高工作溫度（[≤]90 ℃）；一旦過負荷，電纜線芯溫度將急劇上升，從而加速絕緣老化甚至擊穿。要準確掌握電纜的真實載流量也需要先計算電纜的線芯溫度從而間接判斷負載電流是否超過最大允許載流量。因此，從安全運行和電力系統調度的角度出發，都需要實時監測XLPE電纜的線芯溫度。實際工程中直接測量XLPE電纜的線芯溫度難以實現，需要建立合適的電纜熱路模型并由外部溫度推算求得線芯溫度[2]。隨著分布式光纖測溫技術（DTS）的發展與推廣，已有在高壓XLPE電纜線路上應用光纖測溫系統監測電纜護套溫度的實例[3⁃4]，這無疑為計算電纜線芯溫度，掌握電纜運行狀態及其真實載流量創造了有利條件。
筆者以單芯XLPE電纜為研究對象，根據配電電纜敷設距離短的特點，采用集中參數法建立其穩態等效熱路模型，并推導出線芯溫度計算公式。同時對考慮暫態過程的電纜線芯溫度計算方法進行討論，為電纜運行狀態的在線監測提供參考。
1電纜穩態線芯溫度計算方法
所謂電纜穩態線芯溫度即引起電纜溫度變化的各種因素都已達到穩定狀態且不會隨時間發生變化時的電纜導體溫度，此時不需考慮引起電纜各部分材料溫度變化時產生的放、吸熱過程。
1.1 線芯溫度計算模型及方法
單芯XLPE電纜的一般結構如圖1所示。
圖1 單芯XLPE電纜典型結構
由圖1可知，單芯XLPE電纜可分為導體、絕緣及內外屏蔽層、墊層、氣隙層、金屬護套層、外護層6層結構。建立電纜熱路模型時，一般將各層熱阻作分布式參數考慮，然后根據電纜熱流場的歐姆定律來求解線芯溫度[5]，這樣便會給線芯溫度的分析和計算帶來較大困難。由于城市配電電纜的敷設距離較短，一般不超過3 km，因此可以運用集中參數法來表征XLPE電纜的熱路模型，即將電纜以其幾何中心為圓心，把絕緣及內外屏蔽層、墊層和氣隙層、金屬護套層和外護層分別用集中參數表示，這樣便簡化了電纜熱路模型。集中參數法[6]的應用范圍廣泛，可以很好地描述配電電纜的結構參數、敷設條件、表面溫度與線芯溫度之間的換算關系。單芯XLPE電纜的集中參數等效熱路模型如圖2所示。
圖2 單芯XLPE電纜等效熱路模型
圖2中：Tc為XLPE電纜線芯溫度；Te為環境溫度；T0為外護套溫度；T1~T4分別為絕緣層（含內外屏蔽層）熱阻、內墊層（含氣隙）熱阻、外護層（含金屬護套）熱阻、外界媒介（外部熱源至電纜表面）熱阻；Wd和Wc分別表示電纜單位長度的介質損耗和線芯損耗；λ1，λ2分別為金屬護套和線芯損耗之比、鎧裝損耗與線芯損耗之比。
在已知XLPE電纜外護套溫度與負載電流的情況下，根據集中參數熱路等效模型可以推得線芯溫度的計算公式為：
[Tc=T0+WcT1+(1+λ1)T2+(1+λ1+λ2)T3+Wd(0.5T1+T2+T3)]（1）
式中線芯損耗Wc和電纜導體交流電阻R相關，而R與線芯溫度Tc有關，因此須由式（1）解出Tc來進行計算。
在已知線芯最高工作溫度Tcmax的情況下[7]，可由式（1）推導出電纜的長期運行載流量Ia：
[Ia=（Tcmax-T0）-Wd（0.5T1+T2+T3）RT1+(1+λ1)T2+(1+λ1+λ2)T3] （2）
利用式（2）即可完成電纜載流能力的計算與預測。
1.2誤差分析
在影響電纜溫度變化因素不發生改變的情況下，上述計算方法計算出的電纜線芯溫度與載流量誤差主要取決于式（1）中各參數的精度。
式（1）中電纜外護套溫度T0由測溫裝置測得，測量結果易受外界環境影響；各集中參數等效層熱阻T與電纜各層熱阻系數聯系緊密，特別是墊層的厚度，需要充分考慮并選取合適的數值；導體損耗Wc=I2R，其中I為電纜負載電流，可準確測得，導體交流電阻R會隨溫度發生變化，應注意鄰近效應和集膚效應的影響；介質損耗Wd相比于Wc相差3個數量級以上，因此其取值對計算結果影響較??；金屬護套和鎧裝損耗因數λ1，λ2與敷設方式有關，常采用IEC60287標準[8]中的相應公式進行計算。
由上述分析可知，XLPE電纜的結構、敷設參數及實時監測量（負載電流、外護套溫度）對結果均有較大影響，設值時應盡量接近實際值。
2實驗分析
為驗證該計算模型與方法的有效性，應用C#程序編寫了相應的計算程序，并通過實驗對一條長為400 m的110 kV XLPE電纜進行模擬實驗運行。表1為電纜處于穩態時線芯溫度與計算溫度對比實驗結果，表2為載流量計算結果與實測數據對比。
表1 線芯溫度計算值與實測值對比
表2 載流量計算值與實測值對比
從表1和表2可以看出，運用此種線芯溫度計算方法時，線芯溫度計算值與實測值在90 ℃以下時最大誤差不超過±3 ℃，電纜載流量計算值與實測值之間誤差最大不超過3%，因此具有較高的精度。
3考慮暫態過程的電纜線芯溫度計算
雖然上述計算方法精度較高，但其只能用于計算穩態下的電纜線芯溫度與載流量，實際中電纜負載會隨時間變化，特別是城市配電網的電纜線路，日負荷的變化很大，因而電纜外部熱源的溫度變化也很大[9]，所以大多數情況下需要考慮電纜線芯溫度的暫態變化過程。
考慮暫態過程的電纜線芯溫度計算非常復雜，電纜的等效熱路模型中必須考慮電纜結構材料中熱容的影響，式（1）中的介質損耗Wd和線芯損耗Wc也將變為時間函數，從而給計算帶來很大困難。文獻[9]根據電纜等效熱路與電路在數學上的相似性，運用節點電壓法先求解電纜穩態線芯溫度，并在此基礎上提出了電纜暫態線芯溫度計算公式：
[T(t)=eAt+eAt0teAtEBQ(τ)dτ]（3）
式中A，B，T，Q都是影響電纜線芯溫度變化的外部因素的矩陣形式，而且它們都是隨時間變化的函數。文獻[10]在得到電纜外皮溫度的基礎上，以“只考慮負載電流變化和只考慮表皮溫度變化”兩種情況進行電纜線芯暫態溫度的公式遞推，進而推導出XLPE電纜線芯暫態溫度的完整疊加式：
[θcx=θw0+Δθc1n+Δθc2n+θcd]（4）
式中：θcx表示運行x個小時后的電纜線芯溫度；θw0為初始測量時刻的電纜表皮溫度；Δθc1n表示電纜運行n小時后（n[≤]x）的線芯溫升；Δθc2n表示電纜運行n小時后（n[≤]x）的外護套溫升；θcd為絕緣損耗引起的導體溫升，可以看出電纜的暫態線芯溫度為各個溫升的疊加。文獻[11]在完整演算電纜暫態熱路模型的基礎上，以“電纜表皮為等溫面、絕緣層與導體具有相同熱阻系數、僅考慮導體損耗和絕緣層損耗”三個假設條件對熱路模型進行簡化，并通過實驗和誤差分析驗證了簡化模型的有效性，簡化后的模型將大大減少計算量。文獻[12]則提出了基于電纜實際負載電流和表面溫度的拉普拉斯動態熱路模型，并通過實驗研究和誤差分析驗證了該模型可滿足電纜線芯溫度的實時監測。從文獻[9⁃12]可以看出，計算電纜暫態線芯溫度是一個非常復雜的過程，但不管應用何種方法，都必須在得到電纜材料參數和結構參數以及電纜外護套溫度或電纜的穩態線芯溫度的情況下，通過不同理論和方法進行電纜暫態線芯溫度計算公式的遞推和推導。
4結語
為了掌握XLPE電纜的運行狀態及其真實載流量，根據配電電纜的敷設特點分析了其暫態線芯溫度計算公式，驗證了計算方法的有效性，并對考慮暫態過程的電纜線芯溫度計算方法進行了討論，得到如下結論：
（1） 運用集中參數法表征配電電纜的穩態熱路模型貼合實際，推導出的計算公式只需在監測到電纜表面溫度的情況下就可反推求得電纜線芯溫度。實驗數據表明此種計算方法具有較高的精度。
（2） 電纜暫態線芯溫度的計算非常復雜，且必須在得到電纜材料參數和結構參數以及電纜外護套溫度或者電纜穩態線芯溫度的情況下，通過不同理論方法進行暫態線芯溫度計算公式的分析。
值得一提的是，XLPE電纜發生絕緣故障后通常會在故障部位伴隨有溫度異常升高的現象發生，因此已有相關學者[13]將電纜溫度在線監測與絕緣監測聯系起來，并試圖通過試驗說明兩者之間的關系。這表明隨著電纜測溫技術的發展，也將為電纜絕緣在線監測提供了一種新的思路和方法。
參考文獻
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關鍵詞：礦用電纜 截面積 選擇 校驗
中圖分類號：TM76 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）03（b）-0042-03
隨著煤炭生產機械化、自動化程度的不斷提高，煤礦生產設備逐步向復雜化、多樣化邁進，煤礦設備的可靠運行對生產效益的提高起著決定性作用，因此，礦井設備的選型顯得尤為重要，合理、準確的選型可以為設備安全可靠運行提供基本保障，該文對礦用電纜的截面積選擇方法做出了介紹。
1 電纜選用的基本要求
礦用電纜由于其使用環境的復雜性，基于其所敷設的位置、傾角、作用等因素，必須滿足一些基本要求，這些要求是電纜選型必須遵從的基本原則，大體有以下幾條。
（1）電纜實際敷設地點的水平差應與規定的電纜允許敷設水平差相適應。
（2）電纜應帶有供保護接地用的足夠截面的導體。
（3）嚴禁采用鋁包電纜。
（4）必須選用經檢驗合格并取得煤礦礦用產品安全標志的阻燃電纜。
（5）電纜主線芯的截面應滿足供電線路負荷的要求。
（6）對固定敷設的高壓電纜要求。
①在立井井筒或傾角45°其以上的井巷內，應采用聚氯乙烯絕緣粗鋼絲鎧裝聚氯乙烯護套電力電纜、交聯聚乙烯絕緣粗鋼絲鎧裝聚氯乙烯護套電力電纜。
②在水平巷道或傾角45°以下的井巷內，應采用聚氯乙烯絕緣鋼帶或細鋼絲鎧裝聚氯乙烯護套電力電纜、交聯乙烯鋼帶或細鋼絲鎧裝聚氯乙烯護套電力電纜。
③在進風斜井、井底車場及其附近、中央變電所至采區變電所之間，可以采用鋁芯電纜；其他地點必須采用銅芯電纜。
④固定敷設的低壓電纜，應采用MW鎧裝或非鎧裝電纜或對應電壓等級的移動橡套軟電纜。
⑤非固定敷設的高低壓電纜，必須采用符合Mr818標準的橡套軟電纜。移動式和手持式電氣設備應使用專用橡套電纜。
⑥照明、通信、信號和控制用的電纜，應采用鎧裝通信電纜、橡套電纜或M型塑料電力電纜。
⑦低壓電纜不應采用鋁芯，采區低壓電纜嚴禁采用鋁芯。
2 電纜截面積選穹椒
通常井下電纜線路的截面選擇步驟大體如以下幾點。
（1）計算線路最大長時電流。
（2）按長時允許電流初選導線截面。
（3）校驗機械強度允許最小截面。
（4）校驗允許的電壓損失。
2.1 線路最大長時電流的計算
線路最大長時電流即指電纜線路所帶負荷最大時所對應的電流，假設電纜線路所帶最大負荷功率為Pmax（kW），則最大電流計算方法如下：
由于 Pmax=UNImaxcosφ （1）
則
Imax=Pmax/（UNcosφ）=1/（UNcosφ）×Pmax （2）
設：K=1/（UNcosφ），
則 Imax=K×Pmax （3）
式中：
Pmax為電纜線路所帶最大負荷功率，單位kW；
UN為電纜線路的額定電壓，單位kV；
Imax為電纜線路最大負荷電流，單位A；
cosφ為電纜線路所帶最大負荷時的功率因數；
K為電纜線路最大電流對應的功率系數；
通過計算，功率系數取值大體（如表1）。
對于煤礦井下設備，cosφ一般取0.75～0.8，所以當額定電壓UN確定后，便可以計算出K的值，然后根據線路的最大負荷功率Pmax與K的乘積，便可以計算出線路最大負荷電流。
2.2 按長時允許電流初選導線截面
為了使導線在正常運行時溫度不超過其長時允許溫度，導線的長時允許電流應不小于流過導線的最大長時工作電流。即：
Ip>Ica
式中：
Ip為標準環境溫度（一般為25 ℃）時，電纜線路長時允許電流，單位A；
Ica為電纜線路最大長時電流，單位A；
Ip的值可以由查表得出，以礦用移動屏蔽橡套軟電纜（MYP）為例，表格（如表2），其他電纜也可通過相應表格查出，此處不再一一列出。
Ica的值一般取式（3）中的Imax，可由2.1中線路最大長時電流的計算方法算出，然后依據Ip>Ica的原則對導線截面積進行初選。
3 電纜截面積的校驗
通過電纜長時最大電流與電纜長時允許電流的比較，再通過查表即可初步選擇出電纜的截面積，但是要真正滿足實際選型要求，還必須對電纜的機械強度和電壓降落進行校驗，合格后才是最終的型號。
3.1 機械強度校驗
電纜在工作面和巷道中敷設，難免會受到外部機械力的作用，截面太小的電纜容易出現斷線、護套破裂、絕緣損壞現象。礦用橡套電纜應符合表3的要求，以避免在拖拽、碰撞等外力作用下斷線、破裂。
3.2 電壓損耗校驗
輸電線路通過電流時，將產生電壓損失，所謂電壓損失是指輸電線路始、末兩端電壓的算術差值，為了保證電壓質量，從變壓器出口處至電動機的線路電壓損失應不大于線路的允許電壓損失。
3.2.1 電壓損耗的計算方法
（1）線路等效電路圖。
在交流供電系統中，電纜線路存在阻抗，阻抗由電阻和電抗組成，電流流過阻抗時，在阻抗兩端產生的電壓差稱為電壓降。電壓損耗指電壓降得代數值。一般用百分數表示。（如圖1）
U末-U初=ΔU=I×ZL
式中：
U末為電纜靠近負荷側末端電壓，單位V；
U初為電纜靠近變壓器側始端電壓，單位V；
ΔU為電纜線路電壓降，單位V；
I為電纜線路電流，單位A；
Z為電纜線路電抗，Z=，單位Ω/km；
L為電纜線路長度，單位km；
（2）電壓降向量圖。
以線路末端電壓UOA為基準值，假設其初相為零，Φ為電壓UOA與負荷電流I的相位差，cosΦ即為負荷的功率因擔電纜有效電阻上的電壓UAE與與電流同向，阻抗兩端的電壓UED與電流方向相差90°，所以電壓降向量圖（如圖2）。
由圖2可見，電壓降為矢量，電壓損耗為AC：
ΔU=UOD-UOA=UAE+UED
而UAE=IR，UED=I×jX，故ΔU=I（R+jX），若設電流有效值為IOA，用有效值表示為：
ΔU=I×
按圖2換算成長度，有：
AC=AB+BC，
AB=IOAR×cosΦ，
BC=IOAX×SinΦ，
故電壓損失值：
ΔUΦ=IOAR×cosΦ+IOAX×SinΦ
ΔU、ΔUΦ為每相電壓降、電壓損耗，再乘以就換算成了線電壓降和線電壓損耗。
3.2.2 基于電壓降的截面積校驗
井下變壓器的二次側額定電壓1.05UN，電動機的允許最低電壓為0.95UN，因此，變壓器和線路的電壓損失之和不能超過10%UN?？紤]到變壓器的電壓損失通常不超過5%UN，故從變壓器出口處到線路末端的線路電壓損失不得超過5%UN，因此，當計算出電壓損耗ΔUΦ時，通過下式進行校驗：
ΔUΦ%≤5%
若滿足要求，則所選電纜截面積合格，若不滿足條件，則增加截面積型號，重新校驗。
4 結語
電纜截面積的選擇是煤礦生產過程中所面臨的一個最為基本也尤為重要的環節，電纜的合理選型不僅有利于降低成本提高經濟效益，更重要的是可以為安全生產打下堅實基礎，因此，電纜選型也是工程技術人員所應掌握的一個基本技能。
參考文獻
[1] GB/T 17737.1-2000 射頻電纜第1部分總規范[S].
關鍵詞：電纜、價格、經濟截面、總費用、初始投資費用、運行損耗費用、單位長度和截面有關系的投資費用
中圖分類號： TM247 文獻標識碼： A 文章編號：
電力電纜線路具有較高供電可靠性和安全性，在允許的工作溫度下，使用壽命可長達30～40年，被廣泛的用于工業與民用的中低壓電源與用電設備的電力傳輸。
電力電纜截面的選擇,是供配電系統設計的主要內容之一?！峨娏こ屉娎|設計規范GB50217 ―2007》的第3. 7. 1. 4 條,規定:10kV及以下電力電纜截面除應符合上述1～3 款的要求外,尚宜按電纜的初始投資與使用壽命期間的運行費用綜合經濟的原則選擇。國際電工委員會IEC 287-3-2/1995《電力電纜截面的經濟最佳化》標準推薦的經濟截面選擇的兩種計算方法都是基于TOC總費用的經濟概念，電纜總費用（TOC總擁有費用）包含：初始投資（采購及安裝費用）及其壽命運行費用兩個部分。即：CT (總費用) = CI (初始投資費用) + CJ (運行損耗費用)。CI (初始投資費用)與CJ (運行損耗費用)都與電纜截面密切相關，當增大電纜截面時，CI (初始投資費用)將上升而CJ (運行損耗費用)將下降；而減小電纜截面時，CI (初始投資費用)將下降，CJ (運行損耗費用)將上升。因此，CI 與CJ 是存在矛盾的2 個方面,尋找二者之間的平衡點,使CT 最小,其平衡點就是經濟截面,它是一個截面區間。
圖1：經濟截面示意圖
當計算給定電流下的經濟截面時，其公式為：
（1）
其中 F（線損輔量）：包括了回路相數、電價、最大負荷損耗小時和現值系數。表一列出了當cosφ=0.9，P＝0.5元/kw.h時，F與最大利用小時數（Tmax）及最大負載損耗小時(τ)之間的關系。
表1：F與最大利用小時數（Tmax）及最大負載損耗小時(τ)之間的關系
A值是單位長度和截面有關系的投資費用：
A＝（截面S1電纜的初始投資－截面S2電纜的初始投資）/（截面S1－截面S2），（元/m.mm2）。 （2）
電纜初始投資費用包括電纜價格和綜合安裝費用，因為綜合安裝費用在整個投資費用中所占比例較少，因此，電纜價格成為影響A值的主要因素。根據電纜規格型號的不同，電纜的價格存在差異，為了計算方便，按照計算出的各型電纜A值，在不影響計算精度的情況下，用平均A值來計算經濟電流截面密度，平均A值的誤差小于10%。表1為電力電纜計算A值及推薦平均A值比較
表2：各型電力電纜初始投資斜率A值統計及取用A值表
注1：A為單位截面長度初始投資斜率，包含電纜截面及安裝敷設綜合費用
受近幾年來有色金屬市場價格變動影響，電纜價格（特別是銅芯電纜價格）波動較大。以YJV銅芯交聯聚乙烯絕緣聚氯乙烯護套電力電纜為例，從2009年到2011年期間，該型電纜價格波動達35%。如此大的價格變化將對單位長度和截面有關系的投資費用（A）產生影響，從而使電纜截面計算失真。
圖2：YJV銅芯交聯聚乙烯絕緣聚氯乙烯護套電力電纜價格走勢圖
電纜價格波動對經濟電流選型計算的影響分析：
1 電纜價格的上漲，使A值增大。
以低壓VV電力電纜為例，表3列出該型電纜在2011年的市場價，根據綜合造價折算方式，估算出該型電纜的初始投資費用。通過公式（2）可以計算出該型電纜的A值曲線。如圖3。由圖可看出該型電纜的A值在2.5左右。而由表2查得低壓VV22-1kV-(4×S)電纜的平均A值為1.602?？梢?，由于電纜價格的上漲，導致A值增大。
表3：低壓電纜價格及初始投資費用
圖3：VV22－4*S電纜A值曲線
2 A值的增大，在相同的條件下，使電纜計算截面減小
假設條件：負載電流I=100A,Tmax=5000h，電能電價P=0.5元/kWh，L=1km,由表1查得對應的F=65.6(元/W)。
當A=1.602（元/m.mm2），代入公式（1）：
宜選取截面為95mm2 電纜。
當A=2.5（元/m.mm2），代入公式（1）：
宜選取截面為70mm2電纜。因此，在相同的條件下，A值增大使電纜經濟截面減小。
3 結論
電纜價格上升，導致電纜工程初始投資費用增加，電纜單位長度和截面有關系的投資費用A值增大。在一定額定負載電流情況下，A值越大，電纜經濟截面越小，反之亦然。
