16. 3 载 流 量

在第 14 章中， 有关于载流量的完整论述。 电缆中存在诸多热源， 如导体、 绝缘、 屏蔽等。 在第 15 章可知热量如何必须通过管道、 空气、 混凝土、 周围土壤最后到达环境中。 如果能降低在任何热源处产生的热量， 如在屏蔽处产生的热量， 继

而整个电缆将有更大的能力来运载有用的电流[5-7] （ 注： 热量始终往地表面流动）。本章的讨论将集中在屏蔽系统中的热源及尽量减小或消除它[13] 。‌

16. 3. 1 屏蔽损耗

当单芯电缆中的导体有交流电流流过时， 周围将会产生磁场。 举例， 如在这个磁场中有第二个导体， 随着磁场的变化， 第二个导体的屏蔽将会产生感应电压。

如果该导体是导通环路 （ 有两点或更多点接地） 的一部分， 感应电压会产生流动的电流。 该电流产生的损耗将以热的形式出现。 与其他损耗一样， 该热量是必须被消散的。 在给定的条件下， 屏蔽损耗产生需要消散掉的热量， 这样就相应减少了可以分配到相导体产生的损耗热量的数值。

让我们假定某回路电缆的屏蔽接地至少两次。 屏蔽中金属的数量的影响是什么？

下面提出了一个有趣的关于屏蔽中金属数量变化的屏蔽损耗的曲线。 这些曲线是从 ICEA 文件 P 53- 426[7] 得到。 正如你看到的， 关于地下住宅配电 （ URD） 电缆， 给出的屏蔽电导率与导电线芯电导率的关系曲线。 中性线与导电线芯的比例为 1 / 3。

如下面的情况， 截面积为 2000kcmil 的铝导体， 三角形分布相互间隔为 7. 5in，

中性线的屏蔽损耗是导体损耗的 1. 8 倍。

对有较多屏蔽的单芯传输电缆来说， 多点接地情况下的损耗一般不可接受。

16. 3. 2 屏蔽电导率

电缆的屏蔽或护套必须有足够的金属电导率来运载可能强加到电缆上的故障电流。 单芯电缆的屏蔽组件应有足够的金属来消除相对地故障和熔断或保障重合闸。 依赖其他两相的屏蔽是不明智的， 因为可能距离几英寸远。 需要确定：

● 沿着屏蔽流动是什么故障电流？

● 操作所涉及的备份设备是什么时间？

● 电路是否重合闸和多少次？

电缆屏蔽中太多金属部分即两个或两个以上接地不是一个好主意。 它涉及额外的成本来买这样的电缆， 产生的损耗不仅降低了电缆的载流量， 而且造成产生热量的不必要的经济损失[10，11] 。

电缆的屏蔽是否足够与电缆的工作特性相关。 即使现在的电缆有铅护套， 也可以转化铅的量成相当的铜的量。 还需要考虑将来可能的故障电流。 美国电力研究科学院 （ EPRI） 已经开发了一个程序， 做这种繁重的计算。

可以通过测量屏蔽金属的面积， 来 “ 转换” 用在屏蔽或护套中的金属成相当的铜的量， 然后用电阻率的比来转化该面积成相当的铜的量 （ 见表 16- 1）。

表 16- 1 金属的电阻率

（0.

例如， 有一个138kV 的低压充油电缆， 铅的外径为3. 00in， 铅的厚度为100mil

001in）。

这个 3. 00in 圆的面积是 7. 0686in2

铅套下面圆的面积是：

直径 = 3. 00 - 0. 100 - 0. 100 = 2. 80in

面积 = 1. 4 × 1. 4 × π = 6. 1575in2

铅的面积是 7. 0686 - 6. 1575 = 0. 9111in2

电阻率之比是 1. 724 / 22. 0 = 0. 0784

相当的铜为 0. 9111 × 0. 0784 = 0. 07139in2

转换成圆密耳， 再乘以 4 / π × 106 为 90884 cmil

这个铅护套是介于#1 / 0 AWG （105600cmil） 和#1 AWG （83690cmil） 之间。如果护套厚度增加到 140mil， 且线芯保持一样， 有：

护套面积是 7. 4506in2

铅的面积是 7. 4506 - 6. 1575 = 1. 2931in2

再乘以相同的比率 0. 0784 为 0. 1014

转换成圆密耳， 乘以 4 / π × 106 为 129106cmil

这与#2 / 0AWG （133100cmil） 的铜导体接近。 利用相同的方法， 可以将铝也转换成铜， 等等。

铜导体和绝缘的允许的短路电流是由下面的公式确定的：

[ I / A]2 t = 0. 0297log10 [ T2 + 234 / T1 + 234] （16- 1）

式中， I 为短路电流 （ A）； A 为导体面积 （ cmil）； t 为短路时间 （ s）； T1 为运行温度， 90℃ ； T2 为短路时最高温度， 250℃ 。

一个非常明确的电流变化时间曲线图包含在参考文献 [9] 里， 需要提及的是这些结果相对保守， 因为没有考虑覆盖物的散热情况， 这些因素在式 （16- 1） 中没有涉及。 也就是说， 给出的答案是相对安全值。

16. 3. 3 互联跳线能力

无论怎么精心设计的电缆护套， 在互联跳线和电缆护套之间必须有良好的

连接， 才能有足够的能力来承受对地的或对相邻部分的故障电流。 这通常是整个设计中的一个薄弱点。 另外一个值得关注的区域是互联跳线到护套上的连接点。‌‌‌‌‌‌

互联跳线应始终用比等效的护套面积更大的尺寸， 应尽可能的短和直来减少该电路部分的阻抗。 通常， 互联跳线应是带绝缘层的导线来改善其短时的载流量， 例如 600V 的建筑用电线。