金属屏蔽层(金属护套)和铠装层损耗
线芯回路产生的磁通,亦和金属屏蔽层(金属护套)及铠装层相链,必 然在金属屏蔽层和铠装层上产生感应电动势,也就会产生电磁损耗。
(一)金属屏蔽层(金属护套)损耗
在实际工程中,一方面为了减少感应电动势,另一方面,保护系统需 用金属护套做为接地电流的通路,所以大多数情况下,金属护套两端都是 接地的,则必然会产生环流损耗。又由于金属护套各点的感应电动势不 同,形成电位差,又会造成涡流损耗,所以金属屏蔽层损耗应为二者之和。
首先分析环流损耗。最简单的是由两根单芯电缆组成的单相回路。
如前述,单相回路单位长度金属屏蔽层中的感应电动势
Es = - j1Xs
式中,1 为线芯电流;Xs 为单位长度金属屏蔽层的感抗,Xs = 2o(ln) x
l0 - 7Q/m。
则接地回路电流
Es
1s =
式中,Rs 为金属屏蔽层电阻。故单位长度电缆金属屏蔽层损耗为
I2 xs2
Rs2 + xs2
实际工程中,常以线芯损耗 Wc 作为基值的百分比表示,即损耗因数
值定理,Rs 自 0一 2 中 Ws 必有一极值。令 = 0,得当 xs = Rs 时 Ws 最
大。又随电缆敷设距离的增加,所链磁通亦增加,感应电流也越大,造成 的损耗也大。所以在金属护套接成通路的情况下,应尽可能减少敷设距 离,以减少护层损耗。
除了环流损耗外,即使在一点接地的开路情况下,也由于金属护套上 各点的感应电动势不同而形成局部电流而造成损耗。其和线芯损耗的比 值记为 λ"1。
所以金属屏蔽层(金属护套)总的损耗因数
λ1 = λ'1 + λ"1
对于 λ'1 和 λ"1 的计算公式可采用国际电工委员会〔1EC—287〕所规定 的公式,详见表 23 - 4。
电缆型式及 敷设连接方式 | 1 | 1 | 备 注 |
钢管形三芯电缆 (每一芯绝缘层 表面有屏蔽或金属护 套) |
Rs 1 .7Xs |
不 计 | 如每一绝缘线芯具有一金 属传压膜套和非磁 性加强 带,也可应用此式计算λ·1, 此时 Rs 为护套电阻与加强 带电阻③ 并联值,而 Ds = D·s = ^(Ds1 + Ds2)/2, (对于椭 圆形线芯,Ds1,Ds2 分别取其最大和最小直径的 几何平均值),Ds1 为金属传 压膜平均直径,Ds2为加强带 平均直径 |
R Rs + Xs |
①对于分裂线芯结构,λ"1 等于护套单点连接时的 λ"1 乘以 F。
②对于等距平行并列敷设正规换位电缆,三段的平均每相单位长度损耗可用等边三角形敷设的参 数(A1,A2 )和计算公式计算 λ"1。
对于交叉连接电缆,如三段长度不相等而分别为 ma,na,a,则 λ·1 等于相应敷设位置、不换位电
缆每大段二端连接接地的 λ·1 乘以()2,如不知每段电缆长度,则对于直埋电缆 λ·1 =
0 . 03,敷设在水泥槽管道中电缆 λ·1 = 0 . 05。
③加强带电阻计算的规定:
(1)对于绕包节距很大(轴向加强带)的加强带,其电阻可按一个内径和重量都和加强带相同的 圆柱体计算。
(2)若加强带与电缆轴约呈 54。,或包绕节距很短但有互相接触的两层或两层以上的加强带,其 电阻为(1)的 2 倍。
(3)若加强带包绕节距很小(径向加固),其电阻可认为等于无穷大,即损耗可忽略不计。
(二)铠装层中的损耗
如电缆具有铠装,铠装将在不同程度上改变护套电流,因之损耗也随 之改变。同时,当铠装接成通路时,铠装中也会产生损耗。计算铠装损耗 公式的推导过程比较繁锁,这里只介绍 1EC 推荐的计算公式。
非磁性材料铠装损耗可用下述方法计算:以护套和铠装并联电阻代 替 Rs ,护 套 直 径 和 铠 装 直 径均 方 根 值 代 替 护 套 平 均 直 径
用相应单一护套公式计算护套和铠装中总损耗。
顺便指出,单芯电缆(小截面电缆 10mm2 除外)一般不容许采用钢带 铠装,因为属于磁性材料的钢带会大大增加护套及铠装损耗。第三章已
经讲过,高压单芯充油电缆采用铜带作为径向或轴向加固(铠装)。高落 差或水底单芯电缆容许采用钢丝铠装以承受轴向拉力,因为钢丝铠装可 以采取措施(大的包绕节距,钢丝中夹以非磁性材料金属丝),以减小它的 磁效应。
对于钢丝铠装圆形三芯电缆,铠装中损耗可用下列公式计算:
式中,s 为线芯中心轴间距离,单位为 cm;△A 为铠装等效厚度,
单位为 cm;AA 为铠装截面积,单位为 cm2;DA 为铠装平均直径,单位为 cm;以为钢带有效磁导率(一般取 300)。