带有地线的电力电缆结构设计.pdf
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1、1 9 9 9年 第 3 期 No3 1 9 99 彩番 ; 9 ; I 电 线 电 缆 1 9 9 9 年 6 月 J u , 1 9 9 9 带有地线 的电力 电缆结 构设 计 何晓芳, 管益武, 蔡小林, 徐永虹, 付林 有 川 h H 0 j 摘要 : 舟绍 带有 地线 t蜕 构 选择压 谩 计 其 中 包括地 线戴 自 选 , 构 谩 1 前言 随 着 电力 工 业 和 建 筑 业 的 发 展 , 对 配 电 系统安全可靠性能要求越 来越 高 。 另一方 面, 产 品 市 场 竞 争 日益 激 烈 , 要 求 生 产 厂 家 不 断 提高产 品性能的 同时降低其 成本 。我 厂结 合
2、 原 有 申请 的 国家 专 利 及 国 际 上 电 力 电 缆最 新 发 展 趋 势 , 研 究 设 计 并 试 制 了两 芯 、 三 芯及 四 芯 的带 地 结 构 的 电 力 电 缆 , 是 符 合 未 来 发 展 趋 势 , 并 具 有 广 泛 市 场 。 2 两 个 前提 2 , 1地线截面 电缆 结 构 设 计 首 先 遇 到 的 问 题 , 是 地 线 截 面 的 选 择 。 由于 在 现 行 的 电缆 标 准 中 , 设有 带 有 地 线 的 电力 电缆 这 种 产 品 , 当然 也 就 没 有关于地线 截面 大小 的规定 。虽然在使用 中 有时 中性 线和地 线共用 , 但
3、毕竟不符 合 发展 的 要 求 , 即 电 缆 工 作 零 线 ( 中 性 线 ) 和 保 护 零 线 ( 地 线 ) 完全分开 。考 虑到在经济 日趋全球 化 的今 天 , “ 向 国际 标准靠拢 ” , “ 和国 际市场 接轨” 等观 点 已为共识 。我们参照 了美 国 uL 标准 , 选择地线截面并进行 电缆结构设计 。 在 UL一 1 2 7 7以及 基 于 UL 一 1 2 7 7制 定 的 Tc 型 带 有 地 线 的 电 力 电缆 0 中 , 地 线 截 面 S 和 导 电线 芯标 称 截 面 S之 比, 见 表 1 。 收 藕 日期 1 9 9 8 1 2 6 作 者简 介 :
4、 何 晓芳 ( 1 9 6 5 ) 女 四 , I l 省 德 阳人 工 程 师 哀1 标称截 面 黄罾线 规 ( 公 制) S S o 2 5 o 2 5 o 2 0 o 1 8 0 1 5 O 1 3 0 1 3 8 AWG( 8 4 n ,l n t ) 6 AW G( 1 3 2 n ,l nt ) 4 AWG( 2 1 2 n t nt ) 2 AWG( 3 3 5 mm ) 1 A W G ( 4 2 4 r a m z ) 1 0AW G ( 5 3 5mm ) 2 0 A W G( 67 4 m m ) 3 0 A W G ( 8 5 nI m ) 4 o A W G ( 1
5、01 2 n t m ) 25 O k c mi 1 m ( 1 26 7 n t r ) 3 00 k c mJ 1( 1 5 2 r fl d 3 3 f1 3 50 k c mi l ( 1 7 7 8mm ) 4 00 k c rai l( 2 02 7 mmz ) 5 00 k cmi l( 25 3 5mm ) 千 圜 掰 尔 2 2电缆 结构模 式 根 据 我 国 情 况 , 主 线 芯 5 0 mr i l , 导 体 是 圆 形 , 地 线 芯 也 做 成 圆 形 , 成 缆 时 同心 绞 合 。 在结构设计上无 问题 , 本文不予讨论 。 本 文 主 要 讨 论 截 面 5
6、 0 F i l m。的 大 截 面 带 有 地 线 的 电 力 电 缆 。从 表 1可 知 , 当 S 5 0 r l l m 时 , s s 0 2 5 , 截 面 越 大 , s s值 越小 , 最 小 时 , S s=0 1 3 。 这 与现 行 的 不 等 芯 四 芯 电 缆 S S=0 , 5相 比较 , 差别很 大, 这就蛤 电缆 结构设计带来 了问题 。 多 芯 电缆 , 不 论 两 芯 带 地 、 三 芯带 地 或 四 芯带地 的电缆 , 除 了象美 国那样 : 不论 截面 多 大 均 采 用 圆 形 导 体 外 , 在 结 构 上 还 可 有 三 种 选 择 : 1 维普资
7、讯 准标网 w w w .z h u n b i a o .c o m 免费下载 1 9 9 9年 第 3期 No 3 1 999 , t 电 线电缆 Et e c t r i c W i r e Ca b L e 1 9 9 9年 6月 J U n 1 9 9 9 ( 1 )按 现 行 的 多 芯 电 缆 , 采 用 扇 形 导 体 的模 式 进 行 设 计 ( 如 图 l a 图 l c ) 。这 种 模 式 , 在 理 论 上 是 可 行 的 。 但 实践 上 有 问 题 。主 要 是 S s值 小 时 , 地 线 扇 形 的 中心 角 小 如 图 l a的 两 芯 扇 地 结 构 为
8、例 , 取 s s= 0 2 5时 , 则 地 线 芯 的 扇 形 角 = 0 2 5 5 ( 0 2 5 S+S+S)I 3 6 0 。 一 4 0 。 当 取 S S= 0 1 3 时 , 则地线 芯扇形 角 q = O 1 3 S ( 0 1 3 S +S+5) 3 6 0 。 一2 2 。 ; 同理可算 出三芯扇形 带 地 及 四 扇 形 带 地 结 构 的 地 线 芯 的 扇 形 角 ,只 会 比两 芯 带 地 相 同 截 面 的 S S 扇 形 角 度 更 小 。实 践 证 明 , 中心 角小 于 6 0 。 的 扇 形 在 紧 压 成 形 , 绝 缘 挤 出 和 成 缆 加 工
9、中容 易 翻 身 ” , 更 不 用 说 模 具 设 计 加 工 及 制 造 如 何 困 难 。 截 面 越 太 , S S值 越 小 , 地 线 的扇 形 角 更 小 , 可 操 作 性 更 差 , 如 图 1 b、 图 1 c 。 显 而 易 见 , 这 是 一 种 很 不 稳 定 的结 构 。 图1 在这 种模式 中, 如果把 地线 芯做 成圆形 , 如 图 2 a 图 2 c , 圆形 地 线 芯 所 占 角度 比例 依 然 很 小 , 成 缆 时 必 须 用 大 量 的填 充材 料 , 才 能 使 圆形地线芯定位及保证 电缆的圆整 。这种 结 构 也 不 稳 定 , 且 无 法 保
10、证 电缆 质 量 。 囝 2 ( 2 )将 地 线 绕 包 在 主 线 芯周 围 的模 式 ( 图 3 a 图 3 c ) 。这 种 模 式 虽 然 避 免 模 式 ( 1 ) 的 缺 点 , 但 地 线 间 距 离 是 铜 丝 直 径 的 几 倍 或 十几 倍 , 铜 丝 位 置 不 能 固定 , 且 需 占用 庞 大 的 钢 丝铠 装 机 , 增 加 了生 产 劳 动强 度 ; 电 缆 敷 设 22 时 , 地 线 连 接 也 不 方便 。 剧 3 ( 3 )采 用 本 厂 l 9 9 2年 8月 获 得 专 利 权 的瓦 形 截 面 导 电线 芯 模 式 这 种 模 式 不 仅 没 有
11、上 述 两 种 模 式 的缺 陷 , 而 且 适 应性 强 , 即 使 改 变 地 线 截 面 或 改 变 主 线 芯 截 面 , 在 设 计 和 制 造 上 都 不 会 构 成 问 题 , 如 图 4 a 图 4 c所 示 。 圈4 在 生 产 制 造 时 , 两 芯 带 地 , 三 芯 带 地完 全 可利 用现有设 备 , 仅 四芯带地 电缆 生产时增 加 一 个适 当 的放 线 架 即可 满 足 生 产 要 求 。基 于 以上 分 析 , 我们 选择 了 上 述第 ( 3 ) 种 图 4所 示 的模 式 进 行 带 地 线 多芯 电 缆 的结 构设 计 。 3瓦形截面的设计 带 有地 线
12、 的 电力 电缆 结 构 设 计 的核 心 问 题 是设 计 出 瓦 形 截 面 的几 何 参 数 。设 计 是 否 正 确唯 一的判断标准是按设计 的几何参数做 出的电缆 是否圆整?成缆时绝缘线芯之间是 否 紧密 ? 几 何 参 数 中 , 最 重 要 的参 数 是 瓦 形 太 圆 弧 的 半 径 R, 只 要 R 计 算 正 确 了 , 其 它 几 何 参 数 都 可 以 导 出 。 下 面分 两 个 问题 进 行 讨 论 : ( 1 )用 计 算 机 求 R 的 精 确 解 ; ( 2 )用 手 工 计 算 求 R 的 近 似解 。 3 1 用计算 机精 确求解 ( 1 )符号 定 义
13、R瓦 形 大 弧 所 在 圆 弧 的 半 径 维普资讯 准标网 w w w .z h u n b i a o .c o m 免费下载 1 9 9 9年 第 3期 No3 1 9 g9 电 线电缆 EL e c t r i c W i r e Ca b L e 1 9 9 9年 6月 J U n , 1 9 9 9 图 5瓦 形截 面示 意 图 ( ram ) ; R。 中心 地线 芯 的 半 径( mm) ; R 中圆 弧半 径( mm) ; R 2 边 圆 弧半 径( mm) ; k 中弧经验 系数k 一R n 取 0 1 5 ; 边弧经 验系数k : 一R n 取 0 1 ; H 绝 缘
14、厚 度( mm) ; 卢 瓦 形所 在 扇 形 角 2 ; 两 芯带 地线 电缆 卢 一 9 0 。 三 芯带 地线 电缆 卢 一 6 0 。 四 芯带 地线 电缆 卢 一4 5 。 边 圆 弧 圆 心 C 和 电缆 中心 O 点 连 线 和 中 轴 线 OO 之 间 的 夹 角 ( r a d) ; y 中圆 弧 圆 心 D 和 电 缆 中心 O 连线 与 中轴 OO 之 间 的 夹 角 ( r a d ) 。 ( 2 )面积 定 义 5 瓦 形 截 面 2( mm ) ; S 扇 形 O0 E 的 面 积( ram ) 1 S 】 一R d ; S 2 三 角 形 0GC 的 面积( ra
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