CN104635018A - 基于等效电路模型的海底电缆载流量计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于等效电路模型的海底电缆载流量计算方法,包括如下步骤:(1)根据电路的结构建立相应等效电路;(2)根据步骤(1)中的等效电路,列出方程组;(3)解步骤(2)中的方程组,得到金属护套损耗与导体损耗的比λ1和铠装损耗与导体损耗的比λ2;(4)将步骤(3)中得到的金属护套损耗与导体损耗的比λ1和铠装损耗与导体损耗的比λ2代入公式中,即可求得海底回流导体电缆载流量。其简便合理,弥补了现有求电缆载流量公式只适用于给定结构、排列方式和接地形式的电缆的不足,有效解决了目前主流海底电缆产品设计的关键问题,对于促进海底电缆行业进步和创新具有积极作用。
Description
技术领域
本发明涉及海底电缆载流量计算方法,具体指一种基于等效电路模型的海底电缆载流量计算方法。
背景技术
载流量是电缆线路最主要的参数之一,其精确计算不论是对电力电缆的设计还是运行都有着重要意义。电力设计部门根据载流量对电缆进行选型和电缆线路设计,运行部门依据载流量对电缆线路的负荷进行控制。
目前,国际上通行的交流海底电缆载流量计算是根据IEC60287-1-1“电缆额定连续载流量”条款1.4进行的,计算公式如下:
其中:
I为导体电流;
θc为导体温度;
θa为电缆所在环境温度;
Wd为导体绝缘单位长的介电损耗,根据IEC 60287-1-1,条款2.2计算得到;
T1为导体与护套之间的热阻,根据IEC 60287-2-1,条款2.1.1计算得到;
T2为护套与铠装之间衬层的热阻,根据IEC 60287-2-1,条款2.1.2计算得到;
T3为电缆外护层的热阻,根据IEC 60287-2-1,条款2.1.3计算得到;
T4为电缆表面与周围介质之间的热阻率,根据IEC 60287-2-1,条款2.2计算得到;
R为运行温度下导体交流电阻,根据IEC 60287-1-1,条款2.1计算得到或根据IEC 60228可直接得到20℃时导体的电阻;
λ1为金属护套的损耗系数,即金属护套损耗与导体损耗之比,根据IEC 60287-1-1,条款2.3计算得到;
λ2为铠装的损耗系数,即铠装损耗与导体损耗之比,根据IEC60287-1-1,条款2.4计算得到。
上式(1)中的温度、介电损耗、热阻、电阻等均通过IEC给定公式计算,IEC针对几种典型的电缆结构、排列方式和接地方式,直接给出了各层结构的损耗系数计算公式,而未交待公式由来。此外,当电缆结构发生变化,排列方式、接地方式出现与IEC给定公式不同的情况时,将无法直接利用IEC公式计算电缆载流量。
发明内容
本发明的目的就是要提供一种铠装层采用钢材料,增设了回流导体基于等效电路模型的海底电缆载流量计算方法,该方法解决了IEC60287-1-1“电缆额定连续载流量”条款1.4无法适用于带回流导体海底电缆的缺陷。
为实现上述目的,本发明所设计的基于等效电路模型的海底电缆载流量计算方法,包括如下步骤:
(1)铠装层采用钢材料,电路中增设回流导体,回流导体与铠装层并联,根据电路的结构建立相应等效电路;
(2)根据步骤(1)中的等效电路,由于铠装层、回流导体、金属护套中的电流都是由导体电流感应而来,列出如下方程组:
其中,XS为金属护套的电抗;XR为回流导体的电抗;XA为铠装层的电抗;ZS为金属护套的阻抗;ZR为回流导体的阻抗、ZA为铠装层的阻抗,
(3)解步骤(2)中的方程组,得到金属护套电流IS、回流导体电流IR和铠装层电流IA与导体电流IC的比,从而求出金属护套损耗与导体损耗的比PS、回流导体损耗与导体损耗的比PR和铠装层损耗与导体损耗的比PA,进而得到金属护套损耗与导体损耗的比λ1和铠装损耗与导体损耗的比λ2;
(4)将步骤(3)中得到的金属护套损耗与导体损耗的比λ1和铠装损耗与导体损耗的比λ2代入IEC60287-1-1“电缆额定连续载流量”条款1.4中,即可求得海底回流导体电缆载流量。
在上述技术方案中,所述步骤(3)中,金属护套损耗与导体损耗的比PS、回流导体损耗与导体损耗的比PA和铠装层损耗与导体损耗的比PR分别由如下公式求得,
其中,RS为金属护套的电阻;RR为回流导体的电阻;RA为铠装层的电阻;R为导体的电阻,
则金属护套损耗与导体损耗的比λ1和铠装损耗与导体损耗的比λ2由如下公式得到:
λ1=PS,λ2=PR+PA
本发明的优点主要体现在如下几方面:
其一,弥补了IEC 60287-1-1“电缆额定连续载流量”条款1.4公式只适用于给定结构、排列方式和接地形式的电缆的不足,有效解决了目前主流海底电缆产品设计的关键问题,对于促进海底电缆行业进步和创新具有积极作用。
其二,计算方法简便合理。
附图说明
图1为采用了回流导体的海底电缆的等效电路示意图。
图中:导体1;铅套2;回流导体3;铠装层4。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述,但该实施例不应该理解为对本发明的限制。
图中所示的采用了回流导体的海底电缆的等效电路示意图,包括导体1,铅套2,回流导体3,铠装层4,铅套2、回流导体3和铠装层4中的电流都是由导体1的电流感应而来。
基于等效电路模型的海底电缆载流量计算方法,包括如下步骤:
(1)铠装层4采用钢材料,为了增加海底电缆的强度,就增设了回流导体3,回流导体3与铠装层4并联,根据电路结构,建立回流导体电缆的等效电路;
(2)根据步骤(1)中所述的等效电路,列出如下方程组:
其中,XS为铅套的电抗;XR为回流导体的电抗;XA为铠装层的电抗;ZS为铅套的阻抗;ZR为回流导体的阻抗、ZA为铠装层的阻抗,
变形得如下方程组:
(3)解步骤(2)中所述的方程组,得到铅套电流IS、回流导体电流IR和铠装层电流IA与导体电流IC的比,从而求出铅套损耗与导体损耗的比PS、回流导体损耗与导体损耗的比PR和铠装层损耗与导体损耗的比PA,进而得到铅套损耗与导体损耗的比λ1和铠装损耗与导体损耗的比λ2;
铅套损耗与导体损耗的比PS、回流导体损耗与导体损耗的比PA和铠装层损耗与导体损耗的比PR分别由如下公式求得,
其中,RS为铅套的电阻;RR为回流导体的电阻;RA为铠装层的电阻;R为导体的电阻,
则铅套损耗与导体损耗的比λ1和铠装损耗与导体损耗的比λ2由如下公式得到:
λ1=PS,λ2=PR+PA
(4)将步骤(3)中得到的铅套损耗与导体损耗的比λ1和铠装损耗与导体损耗的比λ2代入IEC60287-1-1“电缆额定连续载流量”条款1.4中,即可求得海底回流导体电缆载流量;
本说明书中未作详细描述的内容,属于本专业技术人员公知的现有技术。
Claims (2)
1.基于等效电路模型的海底电缆载流量计算方法,其特征在于:包括如下步骤:
(1)铠装层采用钢材料,电路中增设回流导体,回流导体与铠装层并联,根据电路的结构建立相应等效电路;
(2)根据步骤(1)中的等效电路,列出如下方程组:
其中,XS为金属护套的电抗;XR为回流导体的电抗;XA为铠装层的电抗;ZS为金属护套的阻抗;ZR为回流导体的阻抗、ZA为铠装层的阻抗,
(3)解步骤(2)中的方程组,得到金属护套电流IS与导体电流IC的比、回流导体电流IR与导体电流IC的比和铠装层电流IA与导体电流IC的比,从而求出金属护套损耗与导体损耗的比PS、回流导体损耗与导体损耗的比PR和铠装层损耗与导体损耗的比PA,进而得到金属护套损耗与导体损耗的比λ1和铠装损耗与导体损耗的比λ2;
(4)将步骤(3)中得到的金属护套损耗与导体损耗的比λ1和铠装损耗与导体损耗的比λ2代入电缆额定连续载流量公式中,即可求得海底回流导体电缆载流量。
2.根据权利要求1中所述的基于等效电路模型的海底电缆载流量计算方法,其特征在于:所述步骤(3)中,金属护套损耗与导体损耗的比PS、回流导体损耗与导体损耗的比PA和铠装层损耗与导体损耗的比PR分别由如下公式求得,
其中,RS为金属护套的电阻;RR为回流导体的电阻;RA为铠装层的电阻;R为导体的电阻,
则金属护套损耗与导体损耗的比λ1和铠装损耗与导体损耗的比λ2由如下公式得到:
λ1=PS,λ2=PR+PA。
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