电缆计算中的常量-电力电缆大全

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4. 7 电缆计算中的常量

在电气系统中影响电缆功能特性的主要计算参数有四个：电阻，电容，电导和电感。导体电阻已经在第 3 章中介绍过。

4. 7. 1 电缆绝缘电阻

电缆绝缘材料的直流电阻被称为绝缘电阻。测试绝缘电阻时电流有两种方式流过绝缘：

1）通过绝缘体内（体积电阻率）。

2）沿绝缘表面（表面电阻率）。

4. 7. 2 体积电阻率

体积电阻率是当电缆绝缘外加直流电压时流过绝缘的径向泄漏电流。对于给定导体直径和绝缘厚度的电缆，体积电阻率以 MΩ·1000ft 为单位。也就意味着电缆长度越大，电阻值就越小，因为有许多平行通路使电流流向地。圆柱形单芯电缆基本计算公式如下：

IR = Klog10 D / d （4- 1）‌

式中， IR 是 1000ft 长度电缆电阻（ MΩ）； K 是绝缘电阻常数； D 是绝缘外径（绝缘屏蔽下的部分）； d 是绝缘内径（导体屏蔽外径）。注： D 和 d 单位应统一。

为了测量电缆绝缘电阻，绝缘必须妥善接地或浸在水中。电阻测试结果受环境温度影响很大，温度越高，绝缘电阻值越低。电缆生产商应详细说明绝缘电阻的温度校正系数。式（4- 1）是基于 60°F 的典型值。

表 4- 1 绝缘电阻

表 4- 1 所示的值也是在 60° F 条件下得到的。 ICEA 对绝缘电阻最小值的规定

（有时也称为 “ 最低保证值”）也在表中体现，最小值可能会在现场测试中出现。

实际上绝缘电阻在实验室中测得的实际值要远高于 “ 最小值”，通常近似于表中的

“ 典型值”。

4. 7. 3 表面电阻率

本书的一个作者常说 “ 所有的电缆总有两端”。施加电压时，端部上材料表面会流过电流。这个电流叠加在流过绝缘体内的电流，这会降低测得的绝缘体积电阻率，除非在实验过程中对这部分电流进行检测并剔除。实验室中进行测试的时候会这样处理。测试体积电阻率时采用 “ 保护” 电路来剔除表面泄漏电流。

4. 7. 4 直流充电电流

电缆加载直流电压时产生的电流是复合的，总的泄漏电流由几种电流组成，其中包括泄漏电流 IL，充电电流 IG ，吸收电流 IA。

直流充电电流与交流充电电流是显著不同的，不同之处在于直流电压值在开始加压时迅速上升。随着时间延长又迅速下降。充电电流和吸收电流幅值通常并不是重要的部分，但会导致泄漏电流读数失真。电缆长度越长，电缆尺寸越大，启动电流越大，电流消散的时间也越长。初始电流按照下列公式以指数速度衰减：

IG = （ E / R） ε - t / RC （4- 2）

式中， IG 是每千英尺充电电流（ μA）； E 是导体对地电压（ V）； R 是每千英尺电缆直流电阻（ MΩ）； ε 是自然条件下对数常数（2. 718281 …）； t 是时间（ s）； C是电缆每千英尺回路电容（ μF）。

吸收电流是电缆上加载电压造成的电荷极化和累积产生的。吸收电流通常很小，且会随时间迅速减小。吸收电流是绝缘中存储的电能的体现。导体短时接地有

IA = AVCt - B （4- 3）

式中， IA 是每千英尺吸收电流（ μA）； V 是增加的电压（ V）； C 是每千英尺电容

（ μF）； t 是时间（ s）； A 和 B 是绝缘材料决定的常数。

由于A 和B 的值受电缆类型和绝缘的状态不同影响，所以不同电缆的A、 B 值是不同的。它们通常在一定范围内变化，把吸收电流控制在与其他直流电流水平相近的很小的水平。达到稳定电压值之后，吸收电流会迅速衰减。

更有意义的电流是泄漏电流或称电导电流。泄漏电流受外加电压和电缆绝缘电阻及回路中其他串联阻抗影响。在高压系统中泄漏电流的值也很难读得，因为泄漏电流也是瞬态电流。公式如下：

IL = E / RI （4- 4）

式中， IL 是每千英尺中的泄漏电流（ μA）； E 是导体对地电压（ V）； RI 是每千英尺绝缘电阻（ MΩ）。

总电流公式：

IT = IG + IA + IL （4- 5）

试验中应使电压缓慢逐级上升，因为 IG 和 IA 随时间上升速度非常快。而且由于这两个电流的值都与电缆长度成函数关系，电缆长度越长，升压速度应越慢。式

（4- 5）表明了在规定时间点读取泄漏电流值才能得到真正的泄漏电流值。