3. 9 电气参数计算
3. 9. 1 导体直流电阻
RDC = 1000ρ / A (25℃ ) (3- 5)式中, RDC 是 25℃ 时导体的直流电阻, 单位是 Ω / 1000ft; ρ 是金属的电阻率, 单位为 Ω· cmil / ft, ρ铜 = 10. 575Ω · cmil / ft ( 电导率为 100% , 温度为 25℃ ), ρ铝 =
17. 345Ω·cmil / ft ( 电导率为 61. 0% , 温度为 25℃ ); A 是导体截面积, 单位为
cmil。
绞合导体的直流电阻更加难以计算, 通常假定电流均匀地沿单线传输, 不会从一根单线流入另一根。 基于这样的考虑, 直流电阻是
● 用单线数量乘以绞线垂直于轴线方向的截面积, 结果即为导体的截面积。
● 比较每根单线的长度和导体轴向长度, 多出的长度进行算术平均。
● 等效实心导体直流电阻是乘以单线比轴线增大长度的平均值, 结果就是绞合导体的电阻计算值。
由于电阻与温度相关, 在常遇到的温度范围内, 其他温度下的电阻可以由下面的公式计算:
铜:
R = 2R2 1
234. 5 + T
234. 5 + T1
铝:
R = 2R2 1
228. 1 + T
228. 1 + T1
(3- 6)
(3- 7)
式中, R2 是导体在 T2 ( ℃ ) 时的电阻; R1 是导体在 T1 ( ℃ ) 时的电阻。
以上公式基于铜为 100% 电导率, 铝为 61. 2% 电导率下的电阻率 ( 国际退火铜线标准)。
3. 9. 2 导体交流电阻
导体在交流条件下比直流时的电阻更大, 增加的电阻通常表示为 AC / DC 电阻率。 导致增加的两个主要因素是集肤效应和相邻导体之间的邻近效应。 其他磁效应也会导致 AC / DC 电阻率增加。
AC / DC
RAC = AC / DCratio × RDC (3- 8)
电阻率会因为导体尺寸变大、 交流频率过高而变大。
在交流回路中, 电流在导体中自由传导, 所以导体表面附近的电流密度要比导体中心大。 这种现象被称为集肤效应。 导体中接近中心轴位置的纵向单元周围环绕的磁力线要比边缘附近的磁力线多。 这会导致导体中心的电感增加。 电导率减小,区域电阻会明显增加。 60Hz 时, 这种现象在#2 AWG 及以下尺寸的铜导体和#1 / 0
AWG 及以下尺寸铝导体中可以忽略不计。 随着导体尺寸的增加, 集肤效应越来越明显。
下面公式可用于 60Hz 条件下圆导体集肤效应的粗略计算; 另一个估算公式在
第 14 章中给出。
11. 18
= R
YCS 2
DC
+ 8. 8 (3- 9)
式中, YCS 是直流电阻因集肤效应影响而变大的数值; RDC 是运行温度下导体直流电阻, 单位为 mΩ / ft。
3. 9. 4 邻近效应
在距离很接近的交流导体中, 电流在一个导体中流动时会转向远离电缆中其他导体的方向。 这种现象被称为邻近效应。 与一根孤立导体相关联的交变磁场被邻近导体中的电流扭曲了。 这种变化导致穿过导体横截面的电流密度分配不均匀。
。
因为集肤效应和邻近效应计算很麻烦, 在普通运行状态下的值已经列表给出[5]
3. 9. 5 磁性金属管中的电缆
因为磁滞损耗和涡流损耗很大, 所以在任何条件下, 交流回路中每一相导体都不能安装在单独的磁性金属导管中。 这也是考虑到这样的装置中电感较高。 事实上, 因为这样的情况下导体会过热, 所以分开的每一相不应该穿过磁结构。 所有的相都应同时穿过密闭磁场, 以便于最大化地消除产生的磁场。 这可以很大程度上减小磁效应。 然而, 即使达到了上述条件, 由于接近磁性材料, 集肤效应和邻近效应还是会发生。 当大尺寸导体简单的放置在磁性材料旁可以很明显地发现损耗。
对于 50Hz 或者 60Hz 交流电路中的电缆, 当导体尺寸大于#4 / 0 AWG 时, 由于导管中会产生很大的环路电流, 不可将每一相导体分别放置于非磁性金属导管中,因为会导致电缆载流量很大程度的减小。
3. 9. 6 高频电阻
运行在 60Hz 及以上频率条件下的电缆应对载流量和 AC / DC 比例进行评估,因为压降可能比预期的要大。 同时, 在高频率下感抗增加也会影响压降。 绝缘导体不可安装在金属导管内, 也不可在接近磁性材料处运行。
对于 60Hz 以外的频率条件, 有以下的修正因数:
x = 0. 027678 f / RDC (3- 10)
式中, f 是频率, 单位为 Hz; RDC 是运行温度下的导体直流电阻, 单位为 Ω / 1000ft。