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浅析按短路热稳定条件计算电缆线芯允许最小截面(2010-07-30) 　　 1 引言 　　 为了迅速提高城市电网的装备数量，改善自动化和管理水平，消除向用户输变电的瓶颈环节，国家投入了大量资金 进行城市电网的改造和建设。改造的主要范围是加快110kV及以下配电网的建设和改造。大城市增加220kV终端变电站的 建设，中等城市增加110kV终端变电站的建设，增加变电站的布点。随着220kV和110kV终端变电站的逐步建成和投运， 10kV短路容量急剧上升，往往按载流量及经济电流密度选择出的电缆芯线截面不能满足热稳定条件要求。早在1959年西 北电力设计院曾对电缆在短路电流作用下进行了试验考察：未符合热稳定要求的截面偏小的电缆，出现了油纸绝缘铝包 被炸裂、绝缘纸烧焦、电缆芯被弹出、电缆端部冒烟等危险症状。工作实践中由于未按热稳定选择截面导线的事故，屡 屡发生。近年如某钢厂有3次电缆事故都均源于此因。以上事实已说明选择电缆芯线截面必须满足热稳定条件。 　　 2 按短路热稳定计算电缆芯线允许最小截面 　　 按短路热稳定条件计算电缆芯线允许最小截面，可由下式确定： 式中：S--电缆线芯截面，mm2 Qt--在计算时问内短路电流的热效应，A2oS C--热稳定系数 It--t秒内设备允许通过的热稳定电流有效值，s t--设备允许通过的短路热稳定电流时间，S 校验短路热稳定所用的时间t，按下式计算： t=tj+fF 式中：tj--继电保护装置后备保护的动作时间，s fF--断路器的全分闸时间，s 3。计算实例 某单位设计使用1台S10-1000／10和1台S10-630／10型电力变压器，联结组别均为Dynll。该变压器由城区变电站供电 ，配电室距变 电站约500m，采用10kV电缆引入高压配电室。 城区变电站装设2台SFZ一50000／110型电力变压器。2台变压器并列运行时，取基准容量100MVA，电路元件的电抗标幺 值X*=0.26455。当10kV母线发生短路时，其短路容量为375MVA，短路电流为20.79kA，电缆每km的电抗X*=0.0726，则 电缆的全电抗X*=0.0363，当电缆末端发生三相短路时，经计算，短路电流为18.28kA，即It为18.28kA。 选用YJV22-8．7／15 kV型交联聚乙烯电缆，电缆线芯截面s与允许载流量Ia1。的关系见表1。 表1 S与Ia1对应关系 S/mm2 Ia1?(A) 空气中敷设40℃(铜) 埋地中敷设25℃(铜) 3×35 148 163 3×50 180 181 3×70 225 223 3×95 267 265 3×120 306 302 3×150 346 335 3×185 394 377 3×240 465 437 3×300 530 493 (目前国内各种电缆标准、设计手册中采用的电缆允许载流量数据各不相同、也不准确，建议采用IEC 60502-2：2005所列数据为好 。)。 (1)按载流量选择电缆线芯截面。电缆导体的Ia1，不得小于其通过的计算电流I30，即Ia1≥I30。已知I30为94.1 A，查表1选用线 芯截面为35mm2的电缆。 (2)按经济电流密度选择电缆芯线截面。经济电流密度计算公式为 Ses = I30／jec (2) 式中：Ses--经济截面，mm2 jec--经济电流密度，A／mm2 年最大负荷利用小时数取6000h时，YJV22-8．7／15 kV型交联聚乙烯电缆对应的jec为1.09，代人式(2)，得 Ses = I30／jec =94.1／1.09≈86.33(mm2) 按经济电流密度应选用线芯截面为95mm2的电缆。 (3)按满足短路热稳定条件计算电缆芯线的允许最小截面。 已知It为18.28 kA；t按接入后备保护时间计，取1s；查lEE标准，交联聚乙烯铜芯电缆的C为143。代入式(1)，得 ?=18280/143≈127.83(mm2) 可见，如需满足热稳定条件，电缆线芯截面应为150mm2。 4 结语 (1)按允许载流量选择电缆芯线截面，可使电缆温升不超过绝缘材料的最高允许温度，以保证电缆长时间安全运行，同时 又可使电缆的投资较小，所以一般情况下，即可确定电缆芯线截面的下限。 (2)按经济电流密度选择出的电缆芯线截面一般比按照载流量选择的电缆芯线截面大一些，但线路损耗要小得多。 (3)对非熔断器保护回路，短路电流作用于缆芯产生的热效应，满足不会影响电缆绝缘的暂态物理性能的要求，可维持正 常使用，且能使含有电缆接头的导体连接可靠；对于分相统包电缆，在短路电流电动力作用下不致危及电缆构造的正常 运行。因此，满足热稳定条件选择电缆芯线截面还是有必要的。 采用短路热稳定条件选择电缆的线芯截面S，是在110～220kV超高压电缆设计时必须进