考虑三芯电缆不平衡电流的温度分布控制研究

李峰 方敏 周军俊 沈斌 陈金强 冯乐坪

摘 要：当前，三芯配电电缆在使用的时候不同相位上相应的用户需求总是存在着或大或小的区别，因此会存在三相电流不平衡的问题。为了使得人们的用电需求得到最大程度的满足，电力企业需要采取积极措施准确的评估在不平衡电流下电缆温升的实际情况。本文采用有限元法，建立了相应的电缆温度场计算模型，并且利用该模型对温度的具体分布情况进行了全方位的分析工作。

关键词：三芯电缆;不平衡电流;温度分布;控制

1不平衡电流温度场及系统计算方法

1.1XLPE电缆温度场计算方法

由于电缆在实际使用过程当中的一系列需求，其长度要远远大于其截面积。因此在实际计算的过程当中，为了使得计算过程能够变得更加方便，人们往往把三维的温度场通过一定的方式方法转化成为二维计算。在实际计算的过程当中，充分的利用到了传热方程以及热能连续性定理，从而进一步得到泊松方程为：

而对于电缆来说，在实际使用的过程当中其内部导电的部分 qv满足焦耳定律，可用式2表示：

而对于电缆的绝缘层区域， qv主要是介损所产生的。而这一值比起電缆的总体功耗来说非常的小，因此为了使得整个计算过程变得更加简单方便，一般来说都对其进行忽略。对（1）式进行相应的推导，假设：

通过变形可得：

对于我国各地区来说，在电力电缆实际使用的过程当中，考虑到当地的实际需求，人们往往将电力电缆采用排管、沟槽、隧道这三种方式进行相应的敷设工作。其中排管敷设方式在实际使用的时候，电缆所产生的温度很难传导到外界环境当中。考虑到实际需求，本文采用排管敷设这一方式进行全方位的研究工作。为了让整个分析过程变得更加简单方便，选取了排管敷设下单根电缆进行相应的计算工作。最终得到各个温度节点的计算公式：

1.2电流不平衡时损耗计算

在实际计算的过程当中，考虑到各个方面的实际需求，一般将负荷电流的不平衡度定义为：

通过一系列公式的推导可以得到当电流处于不平衡状态当中的时候，相应的损耗计算公式为：

2电缆有限元模型建立

2.1电缆几何及物理参数

为了使得计算结果更加具有代表性，本文选取浙江地区最常使用的YJV22–8.7/10–3×300 交联聚乙烯电缆。电缆的主要几何结构参数如表1所示。在实际计算的过程当中假设电缆所采用的埋设深度为L=700mm，相应的土壤热阻系数取                              。

2.2电缆模型剖分设定

在正式热分析工作进行的过程当中，该地区温度梯度的变化范围相对来说比较小，考虑到一系列实际情况电缆模型设置刀锋形状为三角形。

3计算结果及分析

3.1不同不平衡度假的温度分布

通过对该地区全面的调查分析后，本文采用对A相不平衡度 取-1～1.9进行相应的仿真工作。仿真结果显示，当电力电缆在实际使用的过程当中，处于三相平衡这一状态当中的时候，电缆周边温度场的分布处于均匀的情况。与此同时，由于各方面的因素影响其温度的梯度相对来说比较小，当电力电缆在实际使用的过程当中由于各种因素的影响，仅有A相电流的时候，周边温度场的分布处于最不均匀的情况，与此同时其温度梯度的具体数值也相对来说比较大。而当A相电流等于0的时候，电缆的温度分布以及相应的梯度处于两者之间。在实际工作的过程当中，当电力电缆的载流量能够处于最优的配置当中，电缆各项都接近90摄氏度的时候，电力电缆的电流总和处于最大值。因此， 等于0时三芯电缆的总电流为最大。

3.2不同不平衡度下的电流及损耗分析

通过一系列的计算后发现，虽然电力电缆在实际使用的过程当中如果处于三相平衡这一状态当中，相应的总电流处于最大值。然而当 等于0.6的时候，所对应的损耗率却比 等于0的时候降低了10.5%。这一结果和高压领域损耗计算的结果有着非常明显的区别。之所以会出现这样的现象，最根本的原因是由于10KV配电电缆中性点是处于不接地这一状态而造成的。在这样的情况下，现场工作人员不需要考虑中性线在实际使用过程当中所造成的电能损耗。

4结束语

综合文章上面所描述的内容，本文以10KV三芯电缆作为实例对不平衡电流下电缆的温度场分布计算公式进行了全方面的推导工作，并且进一步结合实际情况建立了排管敷设下单根电缆温度场计算的数值模型，对相应的计算结果进行了全方位的分析工作。

参考文献：

[1]王航. 考虑非线性负荷的电缆温度和载流量评估[D].武汉大学，2019.

（国网浙江海宁市供电有限公司输配电运检中心   浙江  嘉兴  314400）