国产精品不卡在线,精品国产_亚洲人成在线高清,色亚洲一区,91激情网

江蘇亨通高壓海纜有限公司的研究人員潘文林，在2017年第12期《電氣技術(shù)》雜志上撰文指出，IEC60287-1-1（2006）中推薦的交流電阻計算方法適用于最大截面僅為1600mm2的四分割導(dǎo)體。本文介紹了CIGRE相關(guān)報告中推薦的導(dǎo)體交流電阻測試方法，并采用功率計法對1600mm2五分割導(dǎo)體進(jìn)行了測試。

結(jié)果表明采用此方法導(dǎo)體交流電阻測試結(jié)果與理論計算值間的誤差最大為3.7%。CIGRE報告中已建議在例行試驗中增加導(dǎo)體交流電阻測試，建議國內(nèi)盡快開展相關(guān)測試技術(shù)的研究工作。

1前言

電力電纜是目前城市供電系統(tǒng)的重要組成部分，其具有不占用城市地上空間、美觀、安全和較高的可靠性。隨著國內(nèi)經(jīng)濟和建設(shè)的發(fā)展，所要求的電纜運行電壓等級和載流量越來越高，而交流電纜的載流量主要取決于電纜導(dǎo)體的交流電阻。同時，電纜線路相關(guān)電氣參數(shù)中的正負(fù)序阻抗、零序阻抗等也與電纜導(dǎo)體的交流電阻有關(guān)。

另一方面，對于電纜制造商來說，在保證大截面導(dǎo)體交流電阻符合設(shè)計要求的前提下，減小銅等貴金屬的消耗，也可以有效的降低生產(chǎn)成本，減少資源的浪費。因此，對于電纜導(dǎo)體交流電阻，特別是大截面導(dǎo)體的交流電阻計算和試驗測試具有重要的實際意義。

電纜導(dǎo)體通過電流時，導(dǎo)體受集膚效應(yīng)和相鄰導(dǎo)體間鄰近效應(yīng)的影響，導(dǎo)體的交流電阻要高于其直流電阻。對于高壓電纜線路，由于其相間距離較大，導(dǎo)體間鄰近效應(yīng)所產(chǎn)生的導(dǎo)體交流電阻增加要低于導(dǎo)體內(nèi)部集膚效應(yīng)的影響。

導(dǎo)體的集膚效應(yīng)與導(dǎo)體內(nèi)部渦流的深度有關(guān)，而渦流的深度取決于電流頻率、導(dǎo)體材料導(dǎo)電率和磁導(dǎo)率[1]。導(dǎo)體的集膚效應(yīng)可以通過采用股間絕緣的分割導(dǎo)體（Millikenconductors）來有效減小。IEC60228-2004中規(guī)定對于1200mm2及以上的導(dǎo)體必須采用4，5或6分割導(dǎo)體，標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的最大導(dǎo)體截面為2500mm2[2]。

對于導(dǎo)體交流電阻的實際工程計算目前主要依據(jù)IEC60287-1-1(2006)中的相關(guān)規(guī)定，標(biāo)準(zhǔn)中對于集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)系數(shù)給出了推薦值，但同時標(biāo)準(zhǔn)也指出相關(guān)推薦值最大適用于1600mm2四分割導(dǎo)體交流電阻的計算[2]。同時，由于導(dǎo)體通過交流電流時感抗的影響，不能采用直流電阻的測試方法和設(shè)備直接測試導(dǎo)體交流電阻值。

目前國內(nèi)外對于電纜導(dǎo)體交流電阻的測量尚未有明確的相關(guān)試驗方法標(biāo)準(zhǔn)以及測試設(shè)備。CIGRE WG D1.54正在對相關(guān)測試方法和設(shè)備進(jìn)行研究。本文將對目前導(dǎo)體交流電阻的相關(guān)計算和測試方法進(jìn)行介紹。

2導(dǎo)體交流電阻的工程計算

對于分割導(dǎo)體，特別是對于裸銅線所制導(dǎo)體，由于準(zhǔn)確的計算方法尚不能確定，CIGRE報告建議在電纜型式試驗中增加大截面導(dǎo)體交流電阻的測試。同時，建議保留系數(shù)ks和kp，對于銅導(dǎo)體其值采用表1中的值修正[4]。

表1  CIGRE推薦的ks和kp值[3]

3導(dǎo)體交流電阻測試方法

導(dǎo)體交流電阻測試方法目前主要有電測法和量熱法。

量熱法的基本原理為將電纜裸導(dǎo)體封閉于一個已知傳熱系數(shù)的材料制成的封閉管形空間內(nèi)，對導(dǎo)體施加所需測試工作頻率的電流，并測量導(dǎo)體表面、封閉管內(nèi)外表面的溫度及初始環(huán)境溫度。

經(jīng)過一定時間后，封閉管內(nèi)外表面溫度將高于環(huán)境溫度并達(dá)到穩(wěn)定，即導(dǎo)體交流電阻所產(chǎn)生的熱損耗使封閉管內(nèi)外表面產(chǎn)生穩(wěn)定的溫差，通過計算來確定導(dǎo)體的熱損耗功率進(jìn)而計算相應(yīng)溫度下導(dǎo)體的交流電阻值[4]。

電測法則主要有功率計配合電位計、交流電橋、利用鎖相放大器(phase blocking amplifier)電壓補償疊加法、快速傅立葉變換的數(shù)字法等。

圖1測量導(dǎo)體交流電阻的等效電路圖

圖1為測量導(dǎo)體交流電阻有關(guān)電壓電流矢量圖，電方法通常是基于測量導(dǎo)體中的電流及其兩端的電壓。Um為導(dǎo)體兩端的電壓，而Urc、Uxc分別為電阻和電感分量上的電壓，Uxc的相位要超前Urc相位90°，Uxc的幅值要比Urc大約40倍。如果能減小或消除Uxc的幅值，則可以較準(zhǔn)確測量Urc[4]。

(1)電纜護(hù)套回流線測試法[4][6]

圖2電纜護(hù)套作為回流線測量導(dǎo)體電阻

這種方法只能對具有金屬護(hù)套的成品電纜進(jìn)行，不利于電纜制造商及時對絞合后導(dǎo)體交流電阻是否合格的判定，同時對電位計操作要求較高。

(2)電流電橋和電流互感器測量法[4]

圖3電流互感器配合交流電橋測量導(dǎo)體交流電阻電路圖

圖3為利用交流電橋和電流互感器測量導(dǎo)體交流電阻。被測導(dǎo)體位于a，b之間，通過電流互感器使流經(jīng)電橋臂阻抗的電流較小，而大電流流經(jīng)導(dǎo)體，這種電橋適合用來比較電流相差很大的兩個4端阻抗。電路圖中的R2和R4為高精度無感電阻，R2和C4為十進(jìn)制電阻和電容。

(3)補償電壓疊加法[4][7]

圖4補償電壓疊加法測量導(dǎo)體交流電阻

圖4為采用補償電壓疊加的方法測量大截面導(dǎo)體交流電阻的電路圖。通過高精度的電流互感器可以測得導(dǎo)體中通過的電流并為鎖相放大器提供零參考相位。通過鎖相放大器利用電感補償線圈產(chǎn)生與導(dǎo)體電抗電壓Uxc大小相等而方向相反的補償電壓Um，從而消除導(dǎo)體阻抗電壓的影響。因為鎖相放大器的精度不夠，調(diào)整從標(biāo)準(zhǔn)電阻上取得的電壓信號αUT1來平衡導(dǎo)體電阻電壓Urc，而αUT1可以通過高精度的電位計測量。

這種測量方法對信號穩(wěn)定性（STAM）、電源頻率穩(wěn)定性（STFR）及總諧波水平（THD）有較高要求以減小測量誤差。

(4)數(shù)字測量法[4][8]

圖5數(shù)字技術(shù)測量導(dǎo)體交流電阻電路圖

圖5為采用數(shù)字方法以消除導(dǎo)體電抗電壓測量其交流電阻的電路圖。此方法通過數(shù)字技術(shù)消除感抗電壓來提高測量的準(zhǔn)確度。在測量時，需同時測量1個周期的電壓和電流值，所測得的數(shù)據(jù)再通過快速傅立葉變換（FFT）從時域轉(zhuǎn)換到頻域，消除導(dǎo)體感抗電壓并得到基頻（工頻）下的分量來計算導(dǎo)體的交流電阻值。

(5)功率計配合電位計法[9]

國內(nèi)鄭州電纜廠采用功率法對50mm2、800mm2絞合緊壓圓形銅導(dǎo)體及五分割銅導(dǎo)體進(jìn)行了交流電阻的測試，圖6為測試線路圖。

圖6功率計測量導(dǎo)體交流電阻線路圖 

U1為穿芯變壓器的原邊電壓，將所測量導(dǎo)體通過穿芯變壓器繞在其副邊，導(dǎo)體所繞匝數(shù)為n3，另將測量用的輔助線圈同樣通過穿芯變壓品繞在副邊，其所繞匝數(shù)為n2。

測量時，首先逐漸升高原邊電壓U1，此時副邊上所繞的輔助線圈及導(dǎo)體上分別產(chǎn)生感應(yīng)電壓U2和U3，記錄這兩個電壓值并得到其比值n。

第二步，將所測量的導(dǎo)體短接，導(dǎo)體中通過的電流I3通過電流互感器（變比為N）測量并接功率計電流輸入I，而輔助線圈接功率計的電壓輸入。測量時，通過調(diào)壓器升高原邊電壓U2，在導(dǎo)體的每一電流值下保持足夠的時間，直至導(dǎo)體溫度達(dá)到穩(wěn)定。導(dǎo)體的溫度通過導(dǎo)體表面所敷設(shè)的熱電偶進(jìn)行測量。

文獻(xiàn)[7]中測試結(jié)果表明，對于以上3種不同截面結(jié)構(gòu)導(dǎo)體的交流電阻測試值與理論計算值之間的相對誤差最大約為3%。

3  1600mm2五分割導(dǎo)體交流電阻功率計法測試結(jié)果

根據(jù)文獻(xiàn)[9]中的測試方法，我公司對1600mm2五分割銅導(dǎo)體的交流電阻的測試進(jìn)行了嘗試，表2為相關(guān)測試結(jié)果，表3為對應(yīng)導(dǎo)體溫度下導(dǎo)體交流電阻的理論計算值及與與測試值間的相對誤差。

表2 1600mm2五分割銅導(dǎo)體交流電阻測量結(jié)果

 表3 1600mm2五分割銅導(dǎo)體交流電阻計算值及相對誤差

 測試結(jié)果表明，其與理論計算值約有3.7%的誤差，能否應(yīng)用于實際測試還需通過載流量等相關(guān)試驗加以驗證。從表2、表3可以看出，隨電流的增大，相對誤差從負(fù)到正，表明可能存在系統(tǒng)誤差。

測量時采用了調(diào)壓器升壓，利用穿芯變壓器在導(dǎo)體中感應(yīng)電流，由于調(diào)壓器的輸出穩(wěn)定性不好（大電流時可能更加不好），穿芯變壓器中可能存在高次諧波，有可能會導(dǎo)致較大的系統(tǒng)誤差。電流互感器的變比和相位差，功率計的功率因數(shù)也有影響。

對測試結(jié)果的誤差分析表明，減小功率和電流測量的誤差，提高測試時的電流值和穩(wěn)定性（對電流互感器的精度要求也需相應(yīng)提高），加大樣品長度可以減小誤差。

此外，將熱電偶通過絕緣層中的孔插入接觸導(dǎo)體表面，所測得的溫度誤差可能較大，影響了理論值的計算。另一方面，在計算時采用導(dǎo)體直流電阻溫度系數(shù)為0.00393/℃，ks取為0.435，這些經(jīng)驗數(shù)據(jù)是否與實際相符，也仍需進(jìn)一步驗證。

4對于開展電力電纜大截面導(dǎo)體交流電阻測量研究的建議

根據(jù)CIGRE報告[4]推薦，在工頻范圍內(nèi)，IEC60228-2006中推薦導(dǎo)體截面的試驗結(jié)果與計算結(jié)果比較符合，可以按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計算；對于超大截面的導(dǎo)體，則需根據(jù)集膚效應(yīng)因數(shù)xs及鄰近效應(yīng)因數(shù)xp值采用合適的計算公式。

由于導(dǎo)體集膚效應(yīng)受絞合導(dǎo)體單線表面狀態(tài)、不同層單線間電導(dǎo)率、緊壓系數(shù)、絞向等復(fù)雜因素影響，對于超大截面導(dǎo)體ks及kp的取值還在研究中，相關(guān)超大截面導(dǎo)體交流電阻的計算尚需實際試驗結(jié)果來驗證。因此，CIGRE在相關(guān)報告中建議對于導(dǎo)體的交流電阻進(jìn)行實際測試，這已是將來有關(guān)超大截面導(dǎo)體性能測試的一個發(fā)展方向。

近年來，國內(nèi)電子技術(shù)有了長足的發(fā)展。因此，建議采用文中提到的電測法作為大截面導(dǎo)體交流電阻測試的研究方向。

作為正在由電纜制造大國向電纜制造強國轉(zhuǎn)變的我國來說，為提高電纜制造企業(yè)的國際競爭力，提高我國的電纜測試技術(shù)水平也是刻不容緩的。因此，相關(guān)電纜制造企業(yè)應(yīng)聯(lián)合相關(guān)檢測設(shè)備制造企業(yè)、檢測機構(gòu)盡快開展相關(guān)超大截面導(dǎo)體交流電阻的測試方法研究。

原文下載鏈接：http://www.86mhrk.com/CN/abstract/abstract2130.shtml