波纹金属护套高压单芯电缆线芯护层互感的解析解
发布时间：2021-07-12 01:10
高压电缆线芯导体和金属护层互感是计算护层感应电压、环流和损耗的基础,是电缆线路设计和规划的重要参数。为提高感应参数的计算精度,该文采用毕奥-萨伐尔定律求解高压电缆线芯电流的磁感应强度,利用高斯定理求解波纹护套截面的磁通量,建立环形纹和螺纹护套的参数方程,确定以相距为护套厚度的内外曲面作为磁通量面积分的边界,推导出线芯与波纹护套的互感和等效直径方法误差的解析公式。以400mm2、800mm2、1 200mm2截面110kV高压电缆几何参数为算例计算,互感随护套厚度和压纹深度的增大而增大,随几何平均半径的增大而减小。解析解与数值解一致,等效半径方法计算得到的近似解比解析解小0.2%～0.3%。整数倍节距长电缆线路,环形纹和螺纹护套电缆互感相等,平滑护套电缆互感大于波纹护套。
【文章来源】：电工技术学报. 2020,35(16)北大核心EICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
波纹护套高压电缆结构Fig.1StructureofHVcablewithhelicalcorrugated
圆柱体等效。对于波纹（螺纹和环形纹）金属护套高压电缆，磁力线与护层交链的截面几何形状与平滑护套不同。采用式（6）计算波纹金属护套电缆互感时，需要考虑护层波纹的几何形状才能确定积分边界条件，求解互感解析解。本小节建立了环形和螺旋形波纹护套的参数方程作为式（6）的边界条件，推导出环形纹和螺纹护套电缆互感的解析解。因螺纹形电缆线芯与护层的互感需要借用环形纹的互感表示，下面先介绍环形波纹护套电缆的参数方程。对环形波纹护套在xyz直角坐标系下建模，护套在yOz平面的投影如图2所示。曲线1为区域1与正弦曲线交界的曲线，曲线2为区域2与正弦曲线交界的曲线。曲线1、2分别对内半径为r0.5d0.5dc，外半径为r+0.5d+0.5dc的空心圆柱体作挤压或切割运动，r为护套的等效半径，dc为压纹深度，p为节距。图2环形纹护套在yOz平面的投影Fig.2TheprojectionofannularcorrugatedsheathonyOz曲线1、2在yOz平面的参数方程为cc2++sin1222π+sin222ddzrpyddzrp曲线曲线（9）设电流I的方向沿z轴正方向，可以将式（6）对面积的积分简化为yOz平面的积分求磁感应线交链面积。设dy为沿y轴方向积分面微元，dz沿z轴方向的积分面微元，那么曲线1、2在一个正弦周期内，z[0,p]所围成的区域的互感Map为cc2π0.50.5sin0ap2π00.50.5sinc00c0c0c1dd2π2π0.50.5sinlnd2π2π0.50.5sin22πsinlnd22π2πsinzrddppzrddpppMzyyz
，可以先计算节距长度高压电缆线芯与护套的互感值，整数倍的节距长度环形纹护套电缆线路采用累加方式得到长度为l的电缆线路互感Ma为20aap20sinlnd4sinllmMMpn（12）由式（12）可见，Ma中p参数被约去，环形纹电缆互感不受节距影响。实际应用中高压电缆的长度（一般大于500m）远大于节距（20～30mm），采用式（12）计算较为准确。如果需要计算非整数倍节距长度的短电缆线路互感，可使用附录内的解析解。螺纹护套的三维模型如图3所示，在yOz面上的投影如图4所示。环形护套截面沿z轴对称，即在柱面坐标系下沿任意极角径向切割电缆护套，护套截面均相等。但螺纹护套不同，如图4所示，若图3螺纹护套的三维模型Fig.33Dmodelofhelicalcorrugatedsheath图4螺纹护套在yOz平面的投影Fig.4TheprojectionofhelicalcorrugatedsheathonyOz上半部分（曲线1和2围成的区域）护套截面为两条正弦曲线包围的区域，则下半部分（曲线3和4围成的区域）为两条余弦曲线包围的区域。曲线3、4在yOz平面的参数方程为cc2++cos3222+cos422ddzrpyddzrp曲线曲线（13）求解螺纹护套电缆线芯与护层互感的方法和环形纹一致，仅需要改变边界条件。式（6）中与螺纹护层交链区域的磁通为上半部分和下半部分的平均值。因此，单位节距长度p的螺纹护套电缆线芯与护层互感Mhp为220hp200cossinlnd+lnd8cossinpmmMnn（14）对于2周期整数倍积分，有20coslndco
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于改进模态分解的中压地埋电缆载波通信信道特性分析[J]. 赵洪山,张伟韬,王艳. 电力系统自动化. 2019(18)
[2]基于系统电力扰动的交叉互联电缆绝缘整体老化在线监测[J]. 李露露,雍静,曾礼强,王晓静,陆家明. 电工技术学报. 2018(14)
[3]基于全波形信息的混联线路单端行波定位方法[J]. 邓丰,李欣然,曾祥君. 电工技术学报. 2018(15)
[4]一种用于传输线的缩尺等效方法[J]. 焦重庆,汪贝,李昱蓉,孙谊媊,祁晓笑. 电工技术学报. 2018(09)
[5]基于“一致性”原则的“场-多导体”传输线辐射敏感度测试的等效理论及实现[J]. 高欣欣,王世山,娄千层,颜伟. 电工技术学报. 2018(07)
[6]管内电缆导体传输交流损耗的理论计算和实验[J]. 周伟,方进,刘勃,靳志芳,刘延超. 电工技术学报. 2017(23)
[7]三芯海底电缆中复合光纤与导体温度关系建模[J]. 吕安强,寇欣,尹成群,李永倩. 电工技术学报. 2016(18)
[8]多回输电线路下单芯电力电缆护套感应电压和环流计算分析[J]. 张嘉乐,吴耀辉. 电气技术. 2016(08)
[9]多回单芯电力电缆并联运行护套感应电压的计算与分析[J]. 王雄伟,张哲,尹项根,李金辉,陈鹏,杨妍. 电力系统保护与控制. 2015(22)
[10]高压电力电缆皱纹铝护套的挤制[J]. 赖建华. 电线电缆. 2012(05)
本文编号：3278883
【文章来源】：电工技术学报. 2020,35(16)北大核心EICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
波纹护套高压电缆结构Fig.1StructureofHVcablewithhelicalcorrugated
圆柱体等效。对于波纹（螺纹和环形纹）金属护套高压电缆，磁力线与护层交链的截面几何形状与平滑护套不同。采用式（6）计算波纹金属护套电缆互感时，需要考虑护层波纹的几何形状才能确定积分边界条件，求解互感解析解。本小节建立了环形和螺旋形波纹护套的参数方程作为式（6）的边界条件，推导出环形纹和螺纹护套电缆互感的解析解。因螺纹形电缆线芯与护层的互感需要借用环形纹的互感表示，下面先介绍环形波纹护套电缆的参数方程。对环形波纹护套在xyz直角坐标系下建模，护套在yOz平面的投影如图2所示。曲线1为区域1与正弦曲线交界的曲线，曲线2为区域2与正弦曲线交界的曲线。曲线1、2分别对内半径为r0.5d0.5dc，外半径为r+0.5d+0.5dc的空心圆柱体作挤压或切割运动，r为护套的等效半径，dc为压纹深度，p为节距。图2环形纹护套在yOz平面的投影Fig.2TheprojectionofannularcorrugatedsheathonyOz曲线1、2在yOz平面的参数方程为cc2++sin1222π+sin222ddzrpyddzrp曲线曲线（9）设电流I的方向沿z轴正方向，可以将式（6）对面积的积分简化为yOz平面的积分求磁感应线交链面积。设dy为沿y轴方向积分面微元，dz沿z轴方向的积分面微元，那么曲线1、2在一个正弦周期内，z[0,p]所围成的区域的互感Map为cc2π0.50.5sin0ap2π00.50.5sinc00c0c0c1dd2π2π0.50.5sinlnd2π2π0.50.5sin22πsinlnd22π2πsinzrddppzrddpppMzyyz
，可以先计算节距长度高压电缆线芯与护套的互感值，整数倍的节距长度环形纹护套电缆线路采用累加方式得到长度为l的电缆线路互感Ma为20aap20sinlnd4sinllmMMpn（12）由式（12）可见，Ma中p参数被约去，环形纹电缆互感不受节距影响。实际应用中高压电缆的长度（一般大于500m）远大于节距（20～30mm），采用式（12）计算较为准确。如果需要计算非整数倍节距长度的短电缆线路互感，可使用附录内的解析解。螺纹护套的三维模型如图3所示，在yOz面上的投影如图4所示。环形护套截面沿z轴对称，即在柱面坐标系下沿任意极角径向切割电缆护套，护套截面均相等。但螺纹护套不同，如图4所示，若图3螺纹护套的三维模型Fig.33Dmodelofhelicalcorrugatedsheath图4螺纹护套在yOz平面的投影Fig.4TheprojectionofhelicalcorrugatedsheathonyOz上半部分（曲线1和2围成的区域）护套截面为两条正弦曲线包围的区域，则下半部分（曲线3和4围成的区域）为两条余弦曲线包围的区域。曲线3、4在yOz平面的参数方程为cc2++cos3222+cos422ddzrpyddzrp曲线曲线（13）求解螺纹护套电缆线芯与护层互感的方法和环形纹一致，仅需要改变边界条件。式（6）中与螺纹护层交链区域的磁通为上半部分和下半部分的平均值。因此，单位节距长度p的螺纹护套电缆线芯与护层互感Mhp为220hp200cossinlnd+lnd8cossinpmmMnn（14）对于2周期整数倍积分，有20coslndco
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于改进模态分解的中压地埋电缆载波通信信道特性分析[J]. 赵洪山,张伟韬,王艳. 电力系统自动化. 2019(18)
[2]基于系统电力扰动的交叉互联电缆绝缘整体老化在线监测[J]. 李露露,雍静,曾礼强,王晓静,陆家明. 电工技术学报. 2018(14)
[3]基于全波形信息的混联线路单端行波定位方法[J]. 邓丰,李欣然,曾祥君. 电工技术学报. 2018(15)
[4]一种用于传输线的缩尺等效方法[J]. 焦重庆,汪贝,李昱蓉,孙谊媊,祁晓笑. 电工技术学报. 2018(09)
[5]基于“一致性”原则的“场-多导体”传输线辐射敏感度测试的等效理论及实现[J]. 高欣欣,王世山,娄千层,颜伟. 电工技术学报. 2018(07)
[6]管内电缆导体传输交流损耗的理论计算和实验[J]. 周伟,方进,刘勃,靳志芳,刘延超. 电工技术学报. 2017(23)
[7]三芯海底电缆中复合光纤与导体温度关系建模[J]. 吕安强,寇欣,尹成群,李永倩. 电工技术学报. 2016(18)
[8]多回输电线路下单芯电力电缆护套感应电压和环流计算分析[J]. 张嘉乐,吴耀辉. 电气技术. 2016(08)
[9]多回单芯电力电缆并联运行护套感应电压的计算与分析[J]. 王雄伟,张哲,尹项根,李金辉,陈鹏,杨妍. 电力系统保护与控制. 2015(22)
[10]高压电力电缆皱纹铝护套的挤制[J]. 赖建华. 电线电缆. 2012(05)
本文编号：3278883
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