电力电缆的热稳定性分析

电缆的介质损耗一般随温度上升而增加。电缆设计应保证在正常情 况下电缆工作在允许温度范围内，还应保证在短路故障、过电压条件下电 缆的热稳定。

电缆内部产生热量与其表面温度的关系曲线如图 23 - 19 曲线 1 所 示，2 是散发热量与表面温度的曲线。曲线 1 与曲线 2 只有一个交点，而 且在高于交点温度、散热量恒大于电缆内产生的热量，这种情况下的电缆 具有完全的热稳定性，电缆稳定工作在温度 8s1。因为当温度低于 8s1 时， 电缆产生热量大于从绝缘表面散发的热量，于是温度上升直至 8s1。当由 于某种原因(短路故障，过电压等)发生热量增加，温度上升高于 8s1时，散 发热量大于电缆发生的热量，于是温度仍回到 8s1，不会发生热击穿现象。

当电缆发热曲线与散热曲线相切或永远大于散热曲线如图 23 - 20 所 示，则称这一电缆具有完全热不稳定。因为加上负载温度会不断上升，直 至发生热击穿。

实际电缆具有图 23 - 21 的发热和散热曲线，即具有有限热稳定性。 发热曲线 1 与散热曲线 2 相交于A、B 两点。电缆由于某种原因温度过热

到 81，当过热热源移开时，由于电缆表面的散热量大于电缆本身所产生的 热量，电缆温度仍会回到 A 点，因此电缆在 A 点附近是稳定的。但是如电 缆绝缘温度过热到 82，过热热源移开，此时电缆内发生热量大于表面散发 的热量，于是电缆温度会继续上升，直至发生热击穿。所以在 B 点及以上 温度电缆是不稳定的。只有在一定温度范围内具有热稳定性，所以称为

图 23 - 21   有限热稳定性电缆的发热与散热曲线

从上述分析可知，判断电缆的热稳定性需要确定电缆的发热和散热 曲线，当电缆是热稳定的，它满足下列条件

1 . 电缆发生热量 ≤电缆散发热量；

2 . 电缆发生热量随温度的变化率 < 电缆散发到周围媒质热量随温度 的变化率(比较图 23 - 21 中 A 点和B点) 。即

W8i ≥G(8i )

aw(8i )    aG(8i )

5

式中  G(8i) ———绝缘层的发热量(W/cm)；

w(8i) ——— 从绝缘层表面散发到周围媒质的热量(W/cm)； 8i———绝缘层的平均温度(℃)。

以单芯电缆为例

G(8i ) = wi = 2rfCU02tg8(8i)

w(8i)

8c - 8a - wc[ T1 + (1 + λ1 )( T2 + T3 + T4 )]

=

 T1 + T2 + T3 + T4

8C + 8s

式中  8c ——— 线芯温度(℃)；

8s ———护套温度(℃)；

8a ———周围媒质温度(℃)；

C ——— 电缆绝缘层电容(F/cm)；

U0 ———绝缘层承受电压(V)；

tg8(8i) ———绝缘层在其平均温度下的 tg8值；

T1、T2、T3、T4、λ1 等代表的意义

w(8i) =

8i - 8a - wc[ T1 +(1 + λ1 )(T2 + T3 + T4 )]

T1 + T2 + T3 + T4

对 8i求导并代入式得电缆绝缘的热稳定温度范围条件为

2rfCu02 atg8(8i) < 1 - [  + (1 + λ1 )( T2 + T3 + T4 )]aI2 R

4 T1 + T2 + T3 + T4

式中  a——— 线芯电阻温度系数(1/ ℃)；

R ———在温度为 8a 时线芯的电阻(Q)；

I——— 线芯电流(A)。

另外，根据热平衡条件

8c - 8a  = I2 R[ 1 + a(8c  - 8a )][ T1  + ( 1 + λ1 ) x ( T2  + T3  + T4 )] +

2TfCU02tg8(8i ) × (  T1 + T2 + T3 + T4 )

可得：a8c      2TfCU02(  T1 + T2 + T3 + T4 )  

atg8(8i )

a8i        <

1 - aI2 RT                         

2TfCU02[(  T1 + T2 + T3 + T4 )(1 - aI2 RT)

+ ( T -  )aI2 R(  T1 + T2 + T3 + T4 )]

其中

T = T1 + (1 + λ1 )( T2 + T3 + T4 )

当满足公式的条件时，电缆是热稳定的。

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