1、電力電纜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程設(shè)計(jì)（電纜型號(hào)：YJQ03 127/220 1×1600)班 級(jí)： XXXX 姓 名： XXXX 學(xué) 號(hào)： XXXXXX2012年6月 29日1、 導(dǎo)線線芯與電纜結(jié)構(gòu)的選擇I.選擇導(dǎo)電線芯結(jié)構(gòu)，絕緣層結(jié)構(gòu)及護(hù)套結(jié)構(gòu)1. 導(dǎo)線線芯采用銅單線緊壓絞合圓形線芯結(jié)構(gòu)。1.1導(dǎo)電線芯材料的選擇從技術(shù)上說，要求線芯材料電導(dǎo)率高和加工性能好。線芯的作用是傳輸電流，高電導(dǎo)系數(shù)可以減少線芯損耗。加工性能好便于線芯拉制和絞合加工。本電纜采用GB/T3953中的TR型圓銅線。1.2 導(dǎo)線線芯結(jié)構(gòu)的選擇從填充系數(shù)和穩(wěn)定性考慮，中心為一根導(dǎo)線的規(guī)則絞合結(jié)構(gòu)最佳，絞合后應(yīng)予以緊壓，使結(jié)構(gòu)

2、緊湊，線芯表面光滑，減少多導(dǎo)絲效應(yīng)。本電纜采用一次緊壓。2. 絕緣結(jié)構(gòu)的選擇2.1導(dǎo)體屏蔽、絕緣、絕緣屏蔽標(biāo)稱截面大于500mm2的電纜導(dǎo)體屏蔽應(yīng)由半導(dǎo)電包帶和擠爆半導(dǎo)電層組成，大于8002的電纜導(dǎo)體用分割導(dǎo)體，分割47扇；絕緣料為交聯(lián)聚乙烯，代號(hào)XLPE，要求做到“超凈”，嚴(yán)防雜質(zhì)和水分侵入；絕緣屏蔽層應(yīng)為擠包半導(dǎo)電層。半導(dǎo)體材料為可交聯(lián)型的，有聚乙烯和炭黑組成。2.2金屬套：鉛套應(yīng)采用符合JB5268.2規(guī)定的鉛合金。鉛套厚度應(yīng)符合GB/Z18890.1-2002中10.7.1要求。當(dāng)不能滿足用戶的短路電容量的要求時(shí)，應(yīng)采取增加金屬套厚度或在金屬套下增加疏繞銅絲（在疏繞銅絲外用反向繞包的銅

3、絲或銅帶扎緊）等措施，本設(shè)計(jì)中采用后者。2.3外護(hù)套：在金屬套表面應(yīng)有電纜瀝青（或熱熔膠）防腐涂層。采用聚氯乙烯（PVC）材料做外披層，為了對(duì)外披層測(cè)試方便，表面應(yīng)有石墨導(dǎo)電涂層。II、結(jié)構(gòu)示意圖及其優(yōu)缺點(diǎn)銅屏蔽優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，填充系數(shù)高，緊壓后外徑縮小，線芯表面光滑；金屬套損耗較小；傳輸容量高；在允許過濾倍數(shù)情況下可持續(xù)工作時(shí)間長(zhǎng)。缺點(diǎn)：體積較大，成本高；彎曲困難，生產(chǎn)和敷設(shè)難度較大。III.擬定電纜各部分的預(yù)先尺寸1. 線芯尺寸根據(jù)設(shè)計(jì)題目的要求與有關(guān)材料,對(duì)線芯結(jié)構(gòu)做如下選擇: 取單線根數(shù):217 絞合層n:9標(biāo)稱截面積為1600mm2 設(shè)單線直徑為d；由得: = = 3.1取壓緊系數(shù)為

4、：90% （緊壓系數(shù)范圍85%91%）線芯直徑Dc 為：Dc =（2n-1）×d×90%=46.9緊壓圓形線芯的結(jié)構(gòu)及外徑截面積/2一次緊壓線芯中心層/根×第一層/根×第二層/根×第三層/根×第四層/根×第五層/根×16001×3.16×3.112×3.118×3.124×3.130×3.1第六層/根×第七層/根×第八層/根×第九層/根×外徑/外徑縮小到/%36×3.142×3.148×

5、3.146.9902. 導(dǎo)體屏蔽層： （國(guó)標(biāo)） 半導(dǎo)電包帶厚度1 ：0.5， 擠包半導(dǎo)電層厚度2：1.5， 導(dǎo)體屏蔽層外徑D'c ：D'c =Dc +2(1+2）=46.9+2（1.5+0.5)=50.93. 絕緣層： （國(guó)標(biāo)） 厚度i ：26， 外徑Di ：Di =D'c +2i =50.9+2×26=102.94. 絕緣屏蔽層： （國(guó)標(biāo)） 厚度3：1 外徑Dj ：Dj =Di +23=102.9+2×1=104.95. 銅屏蔽： （國(guó)標(biāo)） 厚度s1：0.3, 外徑Ds1 ：Ds1=Dj +2s1 =104.9+2×0.3=105.56.

6、 鉛套： （國(guó)標(biāo)） 厚度s2 ：3.3， 外徑Ds2 ：Ds2=Ds1+2s2=105.5+2×3.3=112.17. 外護(hù)層： （國(guó)標(biāo)） 厚度s ：5.0， 外徑Da ：Da=Ds2+2s=112.3+2×5=122.12、 電纜的電性計(jì)算： 1.選擇絕緣水平工頻和脈沖擊穿強(qiáng)度。根據(jù)設(shè)計(jì)題目要求和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),絕緣水平 UBIL=6U0+40KV （書47）,再按電壓等級(jí)取標(biāo)準(zhǔn)，式中：U0-工作相電壓，U0 =127KV；UBIL=802KV，取標(biāo)準(zhǔn)為：UBIL=1050KV (國(guó)標(biāo)GB18890.3-2002)。工頻擊穿強(qiáng)度：E'av=20kv/ (書75);脈沖擊

7、穿強(qiáng)度：Eav=63kv/ (書74)； 2. 核取代絕緣厚度： 2.1工頻： 式中：U0 -工作相電壓，U0 =127 KV;K3-工頻電老化系數(shù)，XLPE壽命指數(shù)n=9時(shí)，K3取4.E'av-平均工頻擊穿場(chǎng)強(qiáng)，E'av=20kv/;得 ：1= 127×4/20=25.4。 2.2 脈沖： 式中：UBIL-脈沖試驗(yàn)電壓，UBIL=1050kv； K1-脈沖電壓老化系數(shù)，可取1.2； K2-絕緣層溫度系數(shù)，可取1.3； Eav-平均脈沖擊穿強(qiáng)度，Eav=63kv/; 得：=1050×1.2×1.3/63=26. 絕緣層厚度應(yīng)取兩者中較大值，但兩者均

8、小于等于國(guó)標(biāo)絕緣 厚度，故絕緣厚度仍按國(guó)標(biāo)取值i=26。3. 計(jì)算電纜的絕緣利用系數(shù)： 式中：rc-線芯半徑（包括內(nèi)半導(dǎo)電層厚度）rc=Dc/2+（1+2）=25.45； R-絕緣半徑 R=Dc/2=102.9/2=51.45; 帶入數(shù)據(jù)得：=68.9%4. 沿電纜絕緣徑向的電場(chǎng)分布： E=U0 /（r ） 式中：U0-工作相電壓； r-絕緣中任意一點(diǎn)到電纜中心的距離。 由上式可知：電場(chǎng)分布和r成反比，最大場(chǎng)強(qiáng)Emax 位于線芯表面： 代入數(shù)據(jù)得： Emax=7kv/最小場(chǎng)強(qiáng)：=3.5 KV/ 代入數(shù)據(jù)得：Emin=3.5kv/5. 確定電纜最終各部分尺寸： 電纜最終各部分尺寸仍按預(yù)定尺寸，如

9、下： 結(jié)構(gòu)線芯導(dǎo)體屏蔽層絕緣層絕緣屏蔽層銅屏蔽鉛套外護(hù)層厚度符號(hào)1、 2i3s1s2s5尺寸/0.5、1.52610.33.35.0外徑符號(hào)DcD'cD1D1Ds1Ds2Da尺寸/46.950.9102.9104.9105.5112.1122.16. 電氣參數(shù)計(jì)算：6.1導(dǎo)電線芯電阻：最高工作溫度下，單位長(zhǎng)度導(dǎo)電線芯直流電阻: R=R(1+ys+yp) ；式中： R最高工作溫度下，單位長(zhǎng)度導(dǎo)電線芯直流電阻，單位/m； yS集膚效應(yīng)因數(shù)； yP鄰近效應(yīng)因數(shù)；R=1+(20)k1k2k3k4k5 =【1+0.00393（9020)×1.012×1.022×1=

10、1.458×10-5 /m;A線芯截面積，A=（zd²）/4線芯在20時(shí)的電阻率；電纜最高工作溫度；k1單根導(dǎo)線加工過程中引起的金屬電阻率增加所引入的系數(shù)；k2多根導(dǎo)線絞合使單線長(zhǎng)度增加所以如的系數(shù)；k3緊壓使導(dǎo)線發(fā)硬引起電阻率增加所以入的系數(shù)；k4成纜絞合使線長(zhǎng)度增加所引入的系數(shù)；k5考慮導(dǎo)線允許公差所引入的系數(shù)；20、k1、k2、k3、k4、k5、R值見下表：20 k1k2k3k4k5R0.017241×10-60.00393901.021.021.0111.011.458×10-5 ys =0.0692 =0.0057=8×50×

11、;10-7×0.435/1.458×10-5=3.749=8×50×10-7×0.37/1.458×10-5=3.189式中： s線芯中心軸間距離，可取220；DC 線芯外徑； f電源頻率；代入數(shù)值得： R=1.567×10-5/m；6.2 絕緣電阻： = =1.11×1014(/m) 式中：絕緣電阻系數(shù)，可取1015/m G幾何因數(shù)，取0.7 代入數(shù)值得：Ri=1.11×1014/m6.3.電纜電容 ×10-12 = =1.99×10-10(F/m) 式中： 絕緣的相對(duì)介電常數(shù)，取2

12、.5； G幾何因數(shù)，取0.7； 代入數(shù)值得：C=1.99×10-10 F/m6.4.電纜電感 電纜采用三相水平直線敷設(shè)方式，正規(guī)換位，故電感取三相平均值，由 ： L=Li2（）×10-7 (H/m) 式中：Li-電纜的內(nèi)感，取0.5×10-7；s同上. 代入數(shù)值得：L=4.05×10-7 (H/m)6.5.正負(fù)序阻抗 根據(jù)有關(guān)資料，標(biāo)準(zhǔn)查得： Z1=Z2=RC+jX=(0.0157+j0.6) /km6.6.零序阻抗 根據(jù)有關(guān)資料，標(biāo)準(zhǔn)零序阻抗為正負(fù)序阻抗的倍數(shù)取3.5，故有： Z0=3.5Z1=(0.055+j2.1)(/km)3 熱性計(jì)算： 1.在地

13、下敷設(shè)條件下的各部分熱阻及載流量參數(shù)1.1.份額部分熱阻的計(jì)算： 絕緣層熱阻 式中：T1絕緣材料的熱阻系數(shù)，取3.5； G幾何因數(shù)，取0.7； 代入數(shù)值得：T1=0.39 (T) (2)外披層熱阻： 式中：T3-外披層熱阻系數(shù)，取3.5; 代入數(shù)值得：T3=0.0475 ,土地?zé)嶙枋街校篢4土地?zé)嶙柘禂?shù)，取1.0； L電纜敷設(shè)深度，取1m； De122.1； 代入數(shù)值得：T4=0.83（T)1.2 有關(guān)載流量的計(jì)算； 1.2.1 介質(zhì)損耗的計(jì)算： Wi=U02Ctg 式中 U0相電壓； 電源角頻率；tg絕緣材料的損耗角正切值； 代入數(shù)值得：Wi=127002×2×50

14、15;1.99×10-10×0.008=8.07w/m。 1.2.2 金屬護(hù)套損耗因數(shù)的計(jì)算： 金屬護(hù)套采取單點(diǎn)接地，電纜等距平行敷設(shè)，正規(guī)換位。 =0 =;式中：A1=3.0； A2=0.417；s=220；=314； R單位長(zhǎng)度電纜導(dǎo)電線芯電阻，取值1.567×10-5Ds金屬護(hù)套平均直徑； =109（mm）式中：Ds1 、Ds2分別為銅屏蔽、鉛套的平均直徑；RS單位長(zhǎng)度金屬護(hù)套的電阻；=1.37×10-4/m式中：RS1、RS2分別為銅屏蔽、鉛套的電阻；AS2=DS2式中Cu、Pb 分別為銅屏蔽、鉛套在20c時(shí)的電阻系數(shù)0.017241×

15、10-6、0.214×10-6分別為銅屏蔽、鉛套的溫度系數(shù)0.00393、0.0040；As1、As2分別為銅屏蔽、鉛套得截面積;其中As1=952 ，代入數(shù)值得："=0.083 金屬護(hù)套損耗因數(shù) 1="+'=0.083;2. 求取長(zhǎng)期工作下的載流量： =1638 A式中：c、a分別為導(dǎo)體最高工作溫度、周圍媒質(zhì)溫度 R-導(dǎo)電線芯電阻； Wi、T1、T3、T4、1如前所述；3.求取達(dá)到電纜線芯允許溫度條件下1.5倍過載時(shí)的最大工作時(shí)間t： 單芯電纜地下敷設(shè)時(shí)，為準(zhǔn)確計(jì)算其暫態(tài)響應(yīng)，根據(jù)惠思門法，將電纜和周圍媒質(zhì)分成六個(gè)區(qū)域計(jì)算，具體劃分為：電纜本體分為兩個(gè)區(qū)

16、:區(qū)域組成部分熱阻T熱容Q導(dǎo)體、部分絕緣層0.1959.815×103另一部分絕緣層、金屬屏蔽層、護(hù)層0.2438.665×1033.1.電纜各部分熱阻、熱容的計(jì)算： 電纜各部分軟熱阻T1如前面所得，熱容Q為熱容系數(shù)q與體積之積，即：Q=qV;計(jì)算電纜各部分熱容為：結(jié)構(gòu)熱容系數(shù)q（J/m3）體積V×10-6(m3）熱容Q（J/）線芯3.5×10-66.046×103絕緣層1.2×1067.538×103金屬護(hù)層銅屏蔽3.5×106261鉛套1.5×1061692外披層1.6×1062.943&#

17、215;1033.2、土地各區(qū)熱阻、熱容的計(jì)算： 土地分為四個(gè)區(qū)，四個(gè)區(qū)截面積之比為1:4:16:64。令第一區(qū)域面積為A，各區(qū)域直徑分別為D1、D2、D3、D4，電纜敷設(shè)深度為1m。 D4=4L=4000mm =（40002-122.12）/340=147701 2 =451 =978 =1991土地各區(qū)熱熔分別為：=0.312 ； =0.185 = =0.170 ；=0.167土地各區(qū)熱熔分別為： =2.40×106/4×(4512-122.12)×10-6 =3.55×103J/式中：為土地?zé)崛菹禂?shù) 電纜外徑 3.3. 分區(qū)后各區(qū)時(shí)間常數(shù)的計(jì)算各區(qū)

18、時(shí)間常數(shù)為：區(qū)域第一區(qū)第二區(qū)第三區(qū)第四區(qū)第五區(qū)第六區(qū)熱阻符號(hào)TiTT41T42T43T44數(shù)值0.1950.2430.3120.1850.1700.167熱容符號(hào)QiQQ1Q2Q3Q4數(shù)值9.815x1038.665x1033.55x1051.42x1065.68x1062.27x107時(shí)間常數(shù)符號(hào)123456數(shù)值1.91x1032.11x1031.11x1042.6x1059.66x1053.79x1063.4 1.5倍過載時(shí)最大工作時(shí)間t的計(jì)算： 由： 式中：T各部分熱阻Ti分區(qū)后各區(qū)熱阻 N過載倍數(shù) ri 各區(qū)的時(shí)間常數(shù)代入數(shù)據(jù)得：t= 結(jié)論：本電纜在達(dá)到電纜線芯允許溫度條件下1.5倍過

19、載時(shí)的最大工作時(shí)間為 秒。四技術(shù)規(guī)范和主要實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目： 1、技術(shù)規(guī)范 1.1.導(dǎo)體表面應(yīng)光潔、無油污、無損傷屏蔽及絕緣的毛刺、銳邊以及凸起或斷裂的單線。 1.2.絕緣層及內(nèi)屏蔽層的交聯(lián)聚乙烯的交聯(lián)度應(yīng)不小于80%。絕緣最小測(cè)量厚度應(yīng)不小于標(biāo)稱厚度的90%；偏心度應(yīng)不大于8%。 1.3.導(dǎo)體屏蔽由半導(dǎo)電包帶和擠包半導(dǎo)電層組成，其厚度近似值為2.0mm，擠包半導(dǎo)電層應(yīng)均勻的包覆在半導(dǎo)電包帶外，并牢固地粘在絕緣上。在與絕緣層的交界面上應(yīng)光滑，無明顯絞線凸起、尖角、顆粒、燒焦或擦傷痕跡。 1.4.絕緣屏蔽為擠包半導(dǎo)電層，其厚度近似值為1.0mm，絕緣屏蔽應(yīng)與導(dǎo)體擠包半導(dǎo)電屏蔽層和絕緣層一起三層共擠。絕緣

20、屏蔽應(yīng)均勻地包覆在絕緣表面，并牢固地粘在絕緣上。在絕緣屏蔽的表面以及與絕緣層的交界面上應(yīng)光滑，無明顯絞線凸起、尖角、顆粒、燒焦或擦傷痕跡。 1.5.在絕緣半導(dǎo)電層外應(yīng)有緩沖層，可采用半導(dǎo)電彈性材料或具有縱向阻水功能的半導(dǎo)電阻水膨脹帶繞包而成。繞包要求平整、緊實(shí)、無皺褶。 1.6.金屬鉛套的最小厚度應(yīng)不小于標(biāo)稱厚度的95%-0.1mm. 1.7.外護(hù)套的性能應(yīng)符合GB/Z-18890.1-2002中表5、表7和表8的要求。在外護(hù)套表面應(yīng)有均勻牢固的導(dǎo)電層作為護(hù)套耐壓試驗(yàn)時(shí)的外電極。 2、主要實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目（GB12706.1-91） 2.1.例行試驗(yàn)（試驗(yàn)類型代號(hào)R）（導(dǎo)體直流電阻試驗(yàn)、局部放電試驗(yàn)、

21、交流電壓試驗(yàn)）。 其中交流電壓試驗(yàn)規(guī)定試驗(yàn)應(yīng)在成盤電纜上進(jìn)行。在室溫下在導(dǎo)體和金屬屏蔽之間施加交流電壓318KV（2.5U0),保持30min,絕緣應(yīng)不發(fā)生擊穿。 2.2.抽樣試驗(yàn)（試驗(yàn)類型代號(hào)S)(4h交流電壓試驗(yàn)、熱延伸試驗(yàn)）。 2.3.型式試驗(yàn)（試驗(yàn)類型代號(hào)T）（電氣性能試驗(yàn)、機(jī)械物理性能試驗(yàn)）。 其中沖擊電壓試驗(yàn)及其隨后的交流電壓試驗(yàn)規(guī)定將試樣導(dǎo)體加熱到100105，對(duì)電纜試樣施加1050KV沖擊試驗(yàn)電壓，正負(fù)極性個(gè)10次，電纜應(yīng)不擊穿，隨后進(jìn)行交流電壓試驗(yàn)，電纜試樣在交流電壓318KV（2.5U0）下，保持15min,電纜應(yīng)不擊穿。五計(jì)算一公里長(zhǎng)度內(nèi)電纜所消耗的材料: 1、線芯：S=

22、(/4)d2z（1/u） ；V=KmSL ;m=cuVd/Z/根uS/KmL/mV/m3cu/kgm-3M/t3.12171.041.57×10-31.01510001.608.9×10314.232、 導(dǎo)體屏蔽層：Dc/Dc/S/L/mV/m3cu/kgm-3M/t50.946.90.31×10-310000.310.92×1030.29 S=(Dc2-Dc2)/4 ;V=SL ;m='cV;3. 絕緣層：D1/Dc/2/mS/L/mV/m31/kgm-3M/t102.950.9261.26×10-2100012.60.95×10311.97 S=(Dc+D1)1 ；V=SL ；m='cV;4. 絕緣層屏蔽：Dj/Di/S/L/mV/m3c/kgm-3m/t10