一种含绝缘金布的单芯电缆分布式电容电流的计算方法

摘要

本发明公开了一种含绝缘金布的单芯电缆分布式电容电流的计算方法，步骤如下：S1、测量电缆两端接地电阻R

说明书

技术领域

本发明涉及电力电缆技术领域，具体涉及一种含绝缘金布的单芯电缆分布式电容电流的计算方法。

背景技术

电容电流是指从电缆线芯依次流经内屏蔽、绝缘层、外屏蔽、半导电阻带直至护层的电流。绝缘金布是介于半导电阻水带和铝护套中间的夹层，其间并行缠绕着若干铜丝，用以连接铝护套与半导电层。

绝缘金布厚度往往略大于铜丝直径，当细小的铜丝无法有效接触到铝护套或半导电阻水带时，电缆内部便存在了间隙。间隙上下端面可视为两平行极板，间隙的大小决定了平行极板的分压大小。此外，并行铜丝由于其电阻值小也具有一定的分流作用。由此，电容电流将在巨大的分布式网络中流通。

目前，国内外学者建立的电容电流模型进行了两个理想化处理：一是运用集中参数电路，将整条电缆均一化处理；二是将外屏蔽、半导电阻水带等结构的阻抗直接忽略。显然，在含绝缘金布的单芯电缆中，该模型不再适用。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种含绝缘金布的单芯电缆分布式电容电流的计算方法。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种含绝缘金布的单芯电缆分布式电容电流的计算方法，所述的计算方法包括下列步骤：

S1、使用仪器测量电缆两端接地电阻R_L和R_R、计算大地漏电阻R_e和电缆两端等效电阻R_d1、R_d2；

S2、查阅或测量波纹铝护套螺距长度x，计算整条高压电缆线路被划分的单元数量n；

S3、使用仪器测量绝缘金布铜丝直径d、半导电阻水带体积电阻率ρ_z；

S4、计算单元铝护套电阻R₁、单元铜丝电阻R₂、半导电阻水带电阻R₃和外屏蔽电阻R₄；

S5、使用仪器测量阻水绕包与金布丝铜、金布铜丝与铝护套的交流阻抗和功率因数，计算单元电阻R₁₂、R₂₃、R₃₄和单元电容C₂₃、C₃₄，根据电缆型号参数计算单元主绝缘电容C₁；

S6、计算电路模型各支路电容电流向量I。

进一步地，所述的大地漏电阻R_e的计算公式为：

R_e＝π²Lf×10^-7>

式中，L为护套长度，f为输电线路运行频率。

进一步地，所述的电缆两端等效电阻R_d1、R_d2的计算公式为：

R_d1＝R_L+0.5R_e>

R_d2＝R_R+0.5R_e>

式中，R_L为电缆左侧接地电阻，R_R为电缆右侧接地电阻。

进一步地，所述的高压电缆线路被划分的单元数量n的计算公式为：

式中，L为电缆护套长度，x为波纹铝护套螺距。

进一步地，所述的单元铝护套电阻R₁的计算公式为：

式中，L为护套长度，ρ_s为护套导电率，A_s为护套截面积，α_s为电阻温度系数，T_s为护套工作温度，η为护套温度相对导体温度比率，x为波纹铝护套螺距。

进一步地，所述的单元铜丝电阻R₂的计算公式为：

式中，ρ_c为铜丝电阻率，d为铜丝直径，α₂₀为20℃时铜丝的电阻温度系数，T为铜丝温度，x为波纹铝护套螺距。

进一步地，所述的半导电阻水带电阻R₃和外屏蔽电阻R₄的计算公式为：

式中，i＝3,4，ρ_i为体积电阻率，x为波纹铝护套螺距，d_w为外直径，d_n为内直径。

进一步地，所述的单元主绝缘电容C₁的计算公式为：

式中，ε_r为相对介电常数，ε₀为真空介电常数，取值8.86×10^-12F/m，D_c为电缆绝缘层外径，D_o为包含内屏蔽层在内的电缆线芯的外径。

进一步地，所述单元电阻R₁₂、R₂₃、R₃₄和单元电容C₂₃、C₃₄的数值根据以下计算公式所得：

式中，Y为上述单元电阻R₁₂、R₂₃、R₃₄或单元电容C₂₃、C₃₄，y为专用仪器测量的数值，l为测量电缆的长度，x为波纹铝护套螺距，。

进一步地，所述的步骤S6中利用SIMULINK建立分布式电容电流等效电路，将之前步骤计算所得的数值代入其中，进行封装求解各支路电容电流向量I。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

本发明公开了一种含绝缘金布的单芯电缆分布式电容电流的计算方法，解决了无法求解含绝缘金布的单芯电缆电容电流的现况，利用该方法可方便求取此类电缆的各段电容电流。

附图说明

图1是本发明的电缆结构图；

图2是本发明的分布式电容电流等效电路；

图3是本发明中公开的一种含绝缘金布的单芯电缆分布式电容电流的计算方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

本实施例公开了一种含绝缘金布的单芯电缆分布式电容电流的计算方法，如图1所示为本发明的电缆结构图，本发明计算方法仅适用于此类电缆。如图2所示为分布式电容电流等效电路，本发明所有的计算参数、推导以及公式的建立均是围绕着此电路图展开，求解含绝缘金布的单芯电缆电容电流本质上即为求解此电路。其具体包括下列步骤：

1)测量电缆两端接地电阻R_L和R_R。这个数值可以从设计指标中直接读取，最好通过专用仪器现场测量，因为时间变化、环境变迁，接地电阻也在不断变化。

2)计算大地漏电阻R_e，参照下列计算公式，

R_e＝π²Lf×10^-7>

式中，L为护套长度；f为输电线路运行频率；

3)计算电缆两端等效电阻R_d1、R_d2，参照下列计算公式，

R_d1＝R_L+0.5R_e>

R_d2＝R_R+0.5R_e>

式中，R_L为电缆左侧接地电阻，R_R为电缆右侧接地电阻。

4)查阅手册或测量波纹铝护套螺距长度x，计算高压电缆线路被划分的单元数量n，参照下列计算公式，

式中，L为电缆护套长度；x为波纹铝护套螺距；

5)计算铝护套电阻R₁，参照下列计算公式，

式中，L为护套长度，ρ_s为护套导电率，A_s为护套截面积，α_s为电阻温度系数，T_s为护套工作温度，η为护套温度相对导体温度比率，x为波纹铝护套螺距；

6)测量绝缘金布铜丝直径d、半导电阻水带体积电阻率ρ_z，可通过电子螺旋测微仪测试铜丝直径，用电桥测量体积电阻率ρ_z，多次测量取平均值。

7)计算单元铜丝电阻R₂，参照下列计算公式，

式中，ρ_c为铜丝电阻率；d为铜丝直径；α₂₀为20℃时铜丝的电阻温度系数；T为铜丝温度；x为波纹铝护套螺距；

8)计算半导电阻水带电阻R₃和外屏蔽电阻R₄，参照下列计算公式，

式中，i＝3,4，ρ_i为体积电阻率，x为波纹铝护套螺距，d_w为外直径，d_n为内直径；

9)计算单元主绝缘电容C₁，参照下列计算公式，

式中，ε_r为相对介电常数，ε₀为真空介电常数，ε₀取8.86×10^-12F/m，D_c为电缆绝缘层外径，D_o为电缆线芯的外径(含内屏蔽层)。

10)计算单元电阻R₁₂、R₂₃、R₃₄和单元电容C₂₃、C₃₄的数值，可根据以下计算公式所得：

式中，Y为上述单元电阻R₁₂、R₂₃、R₃₄或单元电容C₂₃、C₃₄，y为专用仪器测量的数值，l为测量电缆的长度，x为波纹铝护套螺。

11)计算电路模型各支路电容电流向量I，利用SIMULINK建立分布式电容电流等效电路，将上述计算所得的数值代入其中，进行封装求解。

综上所述，本实施例切实可行的提供了一种含绝缘金布的单芯电缆分布式电容电流的计算方法，利用该方法可方便求取此类电缆的各段电容电流。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。