大截面高壓電纜導(dǎo)體交流電阻的優(yōu)化措施探討

張銳

【摘要】：隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市的建設(shè)，城市的供電系統(tǒng)已經(jīng)成為了人民日常生活和社會(huì)發(fā)展必不可少的一個(gè)組成部分。在供電系統(tǒng)中，電力電纜是非常重要的一個(gè)關(guān)鍵因素，電纜的運(yùn)行電壓等級(jí)和載流量隨著城市的要求也越來(lái)越高。但在大截面高壓電纜導(dǎo)體中存在的集膚效應(yīng)使電纜中的交流電阻遠(yuǎn)遠(yuǎn)的大于直流電阻，影響到了電纜線路的載流能力。所以大截面高壓電纜導(dǎo)體的交流電阻需要得到必要的優(yōu)化，根據(jù)不同的方法來(lái)降低交流電阻，避免高壓電纜運(yùn)行中的線路損耗。

【關(guān)鍵詞】：電纜導(dǎo)體；交流電阻；優(yōu)化措施

在我國(guó)的供電系統(tǒng)中，大截面電纜的使用越來(lái)越多，電纜導(dǎo)體流過(guò)交流電流時(shí)產(chǎn)生集膚效應(yīng)的幾率也隨之升高。隨著電纜導(dǎo)體截面的增大，交流電流流過(guò)電纜導(dǎo)體導(dǎo)致的集膚效應(yīng)也更加嚴(yán)重，電纜導(dǎo)體內(nèi)的交流電阻增多，對(duì)電纜線路也造成了損耗，影響到電纜的載流量。對(duì)電纜導(dǎo)體交流電阻產(chǎn)生影響的因素有很多種，大截面電纜導(dǎo)體的交流電阻也存在著很多優(yōu)化的可能。大截面高壓電纜對(duì)導(dǎo)體結(jié)構(gòu)也需要進(jìn)行優(yōu)化，來(lái)降低導(dǎo)體內(nèi)的交流電阻，減少集膚效應(yīng)的產(chǎn)生。

1、電纜導(dǎo)體中的集膚效應(yīng)

集膚效應(yīng)是電纜在采用直流傳輸電能的過(guò)程中，電纜導(dǎo)體中存在交流電導(dǎo)致內(nèi)部的電流分布不均勻，使電纜導(dǎo)體截面分布發(fā)生了變化。這種變化使電纜導(dǎo)體的電流密度不同，處于電纜導(dǎo)體表面的電流密度較大，內(nèi)部的電纜密度較小，導(dǎo)致了電流導(dǎo)體的電阻增加，這種現(xiàn)象就被成為集膚效應(yīng)。

集膚深度是電磁波在媒質(zhì)中的穿透能力，媒質(zhì)的材料性能都與集膚深度有著深刻的關(guān)聯(lián)。電纜導(dǎo)體中的集膚深度對(duì)導(dǎo)體結(jié)構(gòu)優(yōu)化有著重要的作用，掌握好集膚深度和電纜導(dǎo)體的關(guān)系可以在一定程度上提高導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化能力[1]。

2、交流電阻的測(cè)量方法

電纜導(dǎo)體交流電阻的測(cè)量方法較多，在這多種測(cè)量方法中，我國(guó)對(duì)電壓電流相位差法有著非常深入的研究，其測(cè)量原理也較為簡(jiǎn)單。電壓電流相位差法的測(cè)量原理是將導(dǎo)體首尾連接呈測(cè)量回路，在對(duì)回路施加電流后測(cè)量其電壓差、電流以及電壓與電流的相位差。然后根據(jù)測(cè)量的長(zhǎng)度，電壓與電流的相位差，回路電流的有效值和被測(cè)導(dǎo)體的電壓有效值進(jìn)行計(jì)算，得出電纜導(dǎo)體的交流電阻[2]。

量熱法也是測(cè)量電纜導(dǎo)體交流電阻的測(cè)量方法。這種測(cè)量方法的基本原理是將電纜裸導(dǎo)體放在一個(gè)封閉空間內(nèi)，這個(gè)封閉空間是由已知傳熱系數(shù)的材料制成，將電纜裸導(dǎo)體放入封閉空間后，對(duì)其進(jìn)行施加測(cè)試工作頻率所需要的電流，并對(duì)導(dǎo)體表面、封閉空間內(nèi)外表面溫度和初始環(huán)境問(wèn)題進(jìn)行測(cè)量記錄。電纜導(dǎo)體交流電阻的測(cè)量方法也有電橋法和功率表測(cè)定法，電纜護(hù)套回流線測(cè)試法等多種測(cè)量方法。這些測(cè)量方法可以幫助測(cè)量電纜導(dǎo)體的交流電阻，更利于優(yōu)化電纜導(dǎo)體交流電阻的研究[3]。

3、交流電阻的影響因素以及優(yōu)化措施

3.1導(dǎo)體結(jié)構(gòu)對(duì)交流電阻的影響

在電纜導(dǎo)體中，不同的導(dǎo)體結(jié)構(gòu)對(duì)交流電阻的影響也不同。在多種導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，緊壓圓形導(dǎo)體和分割導(dǎo)體有著明顯的差別，分割導(dǎo)體的交流電阻比緊壓圓形導(dǎo)體較低。而在分割導(dǎo)體中，瓦楞形分割導(dǎo)體和扇形分割導(dǎo)體對(duì)交流電阻并沒(méi)有太大的影響，在這兩種導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中交流電阻并不會(huì)發(fā)生太大的變化。由于集膚效應(yīng)的系數(shù)是隨著導(dǎo)體幾何半徑和集膚深度比值變化，分割導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的幾何半徑都小于同大小的緊壓圓形導(dǎo)體，所以分割導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的交流電阻也會(huì)低于緊壓圓形導(dǎo)體的交流電阻。在分割導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，瓦楞形分割導(dǎo)體的幾何半徑略低于扇形分割導(dǎo)體，但兩者與集膚深度的差距并不大，對(duì)集膚效應(yīng)影響也不大。但在更大的導(dǎo)體截面中，瓦楞形分割導(dǎo)體在優(yōu)化交流電阻方面的優(yōu)勢(shì)會(huì)體現(xiàn)出來(lái)，與扇形分割導(dǎo)體才有明顯的差距體現(xiàn)[4]。

3.2單線絕緣對(duì)交流電阻的影響

在電纜的絕緣方式選擇中，單線絕緣的方式可以有效的降低導(dǎo)體內(nèi)的交流電阻。在單線絕緣的方式中，普通的單線絕緣對(duì)導(dǎo)體的交流電阻的影響較小，漆包單線對(duì)交流電阻的影響明顯高于氧化單線，可以有效的降低電纜導(dǎo)體內(nèi)的交流電阻。漆包單線最理想的分割導(dǎo)體是在普通導(dǎo)體單線上增加一層絕緣，將導(dǎo)體進(jìn)行分割，可以有效的降低導(dǎo)體內(nèi)的渦流效應(yīng)。這種方式需要在電纜的安裝過(guò)程中進(jìn)行導(dǎo)體連接，對(duì)導(dǎo)體連接的每個(gè)部分都除去絕緣層。在單線絕緣中，漆包單線無(wú)疑是最好的降低交流電阻的選擇，但是漆包單線相比氧化單線成本較高，安裝方式較為復(fù)雜[5]。在對(duì)漆包單線和氧化單線進(jìn)行選擇時(shí)也可以選擇效果不如漆包單線的氧化單線的方式來(lái)降低交流電阻，以便節(jié)約成本。

3.3絞合工藝對(duì)交流電阻的影響

對(duì)于降低導(dǎo)體內(nèi)的交流電阻來(lái)講，生產(chǎn)工藝有著一定的影響。對(duì)導(dǎo)體內(nèi)的單線根數(shù)進(jìn)行增加，并提高導(dǎo)體的緊壓系數(shù)可以達(dá)到降低導(dǎo)體內(nèi)交流電阻的效果，對(duì)每層單線的絞合方向進(jìn)行改變也可以明顯的降低交流電阻。改變導(dǎo)體內(nèi)每層單線的絞合方向是對(duì)交流電阻影響較大的一種方法，不同方向的絞合可以有效的穩(wěn)定導(dǎo)體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，對(duì)導(dǎo)體進(jìn)行加固，減少每層單線之間存在的縫隙，減少導(dǎo)體的幾何半徑，這樣可以有效的降低導(dǎo)體內(nèi)的交流電阻的存在。減少導(dǎo)體的幾何半徑可以有效的降低集膚效應(yīng)，提高導(dǎo)體的緊壓系數(shù)也可以有效的減小導(dǎo)體的幾何半徑，在降低導(dǎo)體的交流電阻方面有著重要的作用。但在利用這種方式降低導(dǎo)體內(nèi)部的交流電阻時(shí)卻提高了生產(chǎn)成本，對(duì)導(dǎo)體的絞合工藝有較高的要求[6]。

結(jié)語(yǔ)

在對(duì)大截面高壓電纜導(dǎo)體交流電阻進(jìn)行優(yōu)化時(shí)可以從導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)、單線絕緣的方式和絞合工藝等方面來(lái)降低導(dǎo)體內(nèi)部的交流電阻。這樣可以有效的解決集膚效應(yīng)帶來(lái)的電纜線路損耗，電纜的載流能力降低等問(wèn)題，從而提高電纜的壽命。

【參考文獻(xiàn)】：

[1]鄧顯波， 歐陽(yáng)本紅， 孔祥海，等. 大截面高壓電纜導(dǎo)體交流電阻的優(yōu)化[J]. 高電壓技術(shù)， 2016， 42（2）：522-527.

[2]李春梅， 梅文杰， 狄健，等. 大截面海底電纜導(dǎo)體設(shè)計(jì)及優(yōu)化[J]. 電力學(xué)報(bào)， 2018（1）.

[3]潘文林. 電纜大截面導(dǎo)體交流電阻測(cè)試方法綜述[J]. 電氣技術(shù)， 2017， 18（12）：19-23.

[4]宋艷春. 淺談電線電纜中的導(dǎo)體電阻檢測(cè)[J]. 商品與質(zhì)量， 2016（36）.

[5]張杰. 電線電纜導(dǎo)體電阻檢測(cè)技術(shù)分析[J]. 科學(xué)與信息化， 2016（33）.

[6]魏宏全. 電線、電纜導(dǎo)體電阻檢測(cè)方法的研究[J]. 綠色環(huán)保建材， 2016（8）.